劫案发生后，公安部迅速成立了中俄列车劫案专案组，在俄罗斯和中国境内开始了大规模的侦破搜捕，到1994年一共拘捕102人。四大团伙及其他零散抢劫罪犯共60多人被判刑，其中31人被判处无期徒刑以上刑罚(含死刑)，14人被判处十年以上有期徒刑，四大团伙头目牛顿、苗炳林、赵金华、朱兴金均被判处死刑。部分在逃嫌犯被录入公安部网上通缉名录，继续追捕。
     2011年5月26日，公安部部署全国公安机关开展为期一年的“清网行动”，以“全国追逃、全警追逃”的力度缉捕在逃的各类犯罪嫌疑人。同年6月，桂林警方在“清网行动”中抓获了在逃十八年的中俄列车大劫案的犯罪嫌疑人贾小明。2012年1月10日，又一名潜逃18年的主犯邵迅在北京铁路运输中级法院的法庭接受审判。