تحقیقات پلیسی برای دستگیری مسعود زمانی آغاز شد که ماموران پلیس آگاهی تهران با جسد مردی در یکی از خیابان‏های فرعی آزادی مواجه شدند. بررسی‏های مقدماتی حاکی از آن بود که مقتول فردی به نام نبی‏الله است که یک راننده مسافرکش بوده و بر اثر شلیک گلوله به سرش به قتل رسیده است. با بدست آمدن این اطلاعات، تحقیقات تخصصی برای شناسایی و دستگیری عاملان جنایت ادامه یافت و مدتی بعد در حالیکه بررسی‏های کارآگاهان نتیجه‏ای در برنداشت فردی با پلیس تماس گرفت و گفت برادرش مسعود که مسلح به یک قبضه سلاح کمری است سوار بر یک دستگاه خودرو مسروقه در شهر در حال تردد است.

در پی این تماس، مشخصات مسعود و خودرو او در اختیار کارآگاهان قرار گرفت و معلوم شد این خودرو، همان پیکانی بوده که راننده‏اش به قتل رسیده است.

از سوی دیگر، ماموران در بررسی سوابق مسعود دریافتند او یک سارق سابقه‏‏دار است که پیش از این 18سال در زندان‏های مختلف کشور بسر می‏برده و در ماجرای یک سرقت مسلحانه در شهرستان قم باعث مجروح شدن مامور پلیس شده است.

با بدست آمدن این اطلاعات، جست‏وجو برای دستگیری مسعود وارد مرحله‏ای تازه شد و مدتی بعد ماموران موفق شدند او را در خانه‏اش دستگیر کنند.

قاتل خطرناک پس از انتقال به اداره آگاهی به قتل راننده پیکان اعتراف کرد و محاکمه او در شعبه 71دادگاه کیفری استان تهران آغاز شد. در پایان رسیدگی به این پرونده، قاضی عزیزمحمدی، مسعود را به اتهام قتل به قصاص و به اتهام سرقت و حمل سلاح به حبس و شلاق محکوم کرد. این حکم پس از اعتراض متهم به شعبه 33 دیوانعالی کشور ارسال شد و با تایید قضات دیوان، قاتل خطرناک در آستانه اعدام قرار گرفت.