Des indices cruciaux, notamment de l'ADN, ont permis de faire avancer rapidement les investigations. L'enquête a été confiée à la Brigade de répression du banditisme (BRB) et à l'Office central de lutte contre le trafic des biens culturels (OCBC).

Les enquêteurs ont exploité les éléments laissés sur place par les malfaiteurs, dont les outils (disqueuses, chalumeau), un talkie-walkie et des gants. Selon une source proche de l'enquête citée par BFMTV, de « l'ADN déterminant » a été retrouvé sur les lieux du crime, permettant de cibler et d'interpeller l'un des suspects.

Deux personnes ont ainsi été arrêtées le samedi 25 octobre.

Parallèlement, face à la menace, une mesure de sécurité exceptionnelle a été prise. Le vendredi 24 octobre, les bijoux restants de la galerie d'Apollon, ainsi que d'autres pièces précieuses, ont été transférés sous très haute sécurité vers les coffres de la Banque de France, située à proximité.

Cette opération visait à prévenir tout nouveau risque et à sécuriser le patrimoine restant pendant que l'enquête se poursuit pour retrouver l'intégralité du butin et démanteler le réseau responsable.