北京、新疆兩地公安協同合作，對新疆多處案發現場進行了詳細的勘察。通過大量的調查，罪犯作案時用的摩托車、撬杠、樹枝等重要物證依次找到，這給偵破提供了更多的線索。8月27日，公安部在新疆召開了京、新系列槍案偵察工作協調會，認定三地發生的九起案件系同一伙罪犯所為，并認定兩個嫌疑人一高一矮，高個為北京人，矮個為新疆本地人。新的摸排條件隨之建立：第一，與北京、新疆兩地有聯系的人；第二，嚴打以來的北京調犯；第三，有服役史或有服役史并能熟練掌握軍用槍支的人。工作重點縮小到十戶灘鎮，關天明、白寶山已開始走入警方的視野。恰恰在這時，專案組接到阜康市公安局的報告，報告稱天池風景內發現一具無名尸體，死亡時間應為8月28日。

蔣介石命張學良和他共同簽發了對陜北的軍事命令，這份電報被陜北紅軍破譯，里面顯示出的重要地理位置是“直羅”，周恩來和毛澤東親到此地勘察。一九三五年十一月，直羅鎮戰役打響。紅軍一舉殲滅國民黨東北軍一個師又一個團，師長牛元峰自殺。此役粉碎了國民黨對陜甘蘇區的第三次“圍剿”，為共產黨紅軍奠基西北打開了新局面。不到兩個月就損失了兩個主力師，這在東北軍歷史上實屬罕見，張學良認為直羅鎮一役是指揮上出了差錯，他撤銷了董英斌軍長職務，嚴厲申斥代理參謀長謝珂，命全軍各位主官深刻檢討此次戰役的慘痛教訓，并向中央請求調撥，要重整一零九師和一一零師。張學良本來就不想“剿共”，此一役后他痛下決心要馬上接上共產黨的關系，保留東北軍的抗日火種。被紅軍俘虜的高福源進了甘泉城面見一零七師的參謀長劉漢東，傳達了紅軍停止內戰共同抗日的愿望，得知王以哲也要見自己，特意去見了彭德懷帶來了他的使命。張學良接到王以哲從洛川發來的密電，知道是高福源有機密要事匯報立馬飛往洛川，高福源告訴他周恩來和自己談過話，中共很有誠意，彭德懷也說什么都可以談。張學良讓他向紅軍轉達自己真心抗日愿以實力相助的態度，命他再回瓦窯堡讓中共派來正式的全權代表。

為躲避風頭，白寶山決定和謝玉敏到謝家的老家四川省筠連縣住些日子，他還盤算著到那兒買把手槍。當白寶山把這個想法跟謝玉敏說了以后，謝哭了起來。原來謝玉敏并非像她以前說的那樣是個離過婚的女人，她其實并未離婚，家中不但有丈夫，還有兩個孩子。到白寶山對這事并不在乎，她真正關心的是怎樣搞到手槍。去往四川一個的火車上，白寶冊意外地了在新疆服刑時的獄友王強，兩人一見如故，喝了個酩酊大醉。王強下車時，偷偷告訴謝玉敏白寶山在獄中曾殺過人，謝玉敏將信將疑。

新疆警方出動大量警力開始對烏魯木齊市、石河子市十戶灘鎮北野鎮、東阜城等地區進行大規模的摸排，物證組則從查槍袋入手，開始周密細致的調查。北京市408專案組的于春陽聽到新疆發生的案子后，覺得犯罪分子的作案特征與北京的幾起案子相似，他立即致電新疆公安廳陸懷疆副廳長，要求調彈以供分析。新疆方面經過研究，同意北京的請求。兩地并案偵察的可能性越來越大，從目前形勢看來，狡猾的罪犯就要起到窮途末路了。而此刻的白寶山、關天明自以為案子作得神不知鬼不覺，正像沒事人似的在十戶灘鎮上遛達呢！

張學良告訴王樹翰，他不止打落牙齒和血吞，是連舌頭都咬斷了，一山容不了二虎，王樹翰聽出他未竟的狠厲之意，勸他不要魯莽行事。楊宇霆帶著常蔭槐去找張學良，他認為東北鐵路應該聯通聯運統一管轄，必須成立東北鐵路督辦總署，督辦必須是常蔭槐，兩人拿出公文和筆一定要張學良簽字，張學良說這涉及外交不可草率，看兩人不依不饒退一步說留二人吃飯再說，兩人卻拒絕了稱晚上再來。看著兩個時時在自己面前都要說一不二的人離開的身影，張學良叫來了警衛處長高紀毅，命令他以阻撓國家之罪在帥府老虎廳辦了他們。夜晚，毫不知情的楊宇霆和常蔭槐進入了老虎廳，兩人還嬉笑著談論酒菜，就被早就整裝待命的警衛制服并立即處決了，張學良關上臥室門，聽到槍聲的于鳳至驚惶的抱住了他。張作相等人到了帥府，楊常二人的尸體被拖出府外，面對張作相的質問，張學良說若是自己不對會向東北父老請罪，可他自問沒有做錯，張作相讓他好好辦理二人后事。東京方面一向認為張學良是楊宇霆的傀儡，楊宇霆被殺的消息令他們震驚，菊池武夫更是覺得如此棘手的繼承權問題張學良沒有選擇向日本尋求一絲的幫助，很可能說明他的內心激蕩著某種反日情緒。鮑毓麟和張廷樞玩笑般說起張學良手段厲害，張作相嚴