在許閣森大使遇刺受傷的當晚，氣憤異常的蔣介石緊急召集軍統局長戴笠，中統頭目徐恩曾、憲兵司令部兼南京警備司令谷正倫等人開會，蔣先訓斥了他們壹頓，之後嚴令他們立即破案。這時，蔣介石顯然已經意識到有日本間諜打入了中樞部門，因此，他密令谷正倫秘密調查內部，限期破案。
谷正倫立即召集有關人員組成破案小組，開始施展軍統的第壹招：化裝潛入。由“外事組”特工打扮成的各色人等混跡於日本駐南京使館周圍，對進出人員跟蹤偵察，此外，破案小組分析，上述幾次泄密案，均是最高軍事會議的內容，參加會議的除幾位高級軍政人員外，只有陳布雷和黃浚擔任記錄。陳布雷與蔣介石是多年同鄉兼舊交，而黃浚平時生活放蕩，與日本人素有來往，明顯的疑點引起了調查人員的註意，被列為重點嫌疑對象。不久，憲兵又查清“中央軍校刺殺案”中，兩個刺客所乘坐的正是黃浚家的轎車。案情逐漸清晰，為擴大戰果，谷正倫又派員策反了黃浚家的女仆蓮花，令他監視黃浚的行動想通過黃浚作為蛇頭，將間諜集團壹網打盡。
在9月的壹天，女仆密報，黃浚的司機從外邊回來後，徑直去找黃浚，黃浚把壹頂禮帽交給了他。谷正倫立即命令特工盯梢司機。司機在特工的監視下毫不知覺，按程序走進了“國際咖啡館”，把那頂禮帽掛在墻邊的衣帽鉤上，然後坐到壹張桌子邊喝咖啡。特工註意到衣帽鉤上已經掛著壹頂與司機式樣和顏色相同的禮帽。不壹會兒，壹名喝咖啡的日本人離座走到衣帽鉤前，伸手取下黃俊的禮帽戴在頭上，走出門去。此人就是日本大使館管理員小河。
特工在悉知黃浚傳遞情報的流程後開始采取行動。壹天之後，小河頭戴禮帽，騎自行車去咖啡館，途中突然被壹個騎車者猛地撞倒在地，摔得頭破血流，禮帽也飛落壹邊。幾個“好心”的過路人及時出現，有的將“肇事者”扭送警察局，有的攔下壹輛汽車，把小河塞進車子送往醫院搶救。特工撿起禮帽檢查，發現內藏日本大使須麼彌吉郎給黃浚的指令。由於指令沒有任何暗號和加密，特工放棄了拷打策反小河的計劃，直接草擬了壹份假信塞人禮帽，內容為須磨彌吉郎指示黃浚：明晚深夜11點，聚集間諜集團所有乘員去黃浚家，由須麼彌吉郎親自頒發獎金。
特工飛車趕往咖啡館，見已有壹頂相同顏色的禮帽掛在衣帽鉤上，就伸手換了壹頂退出門外。回去壹看，帽中果然有黃浚向須磨彌吉郎提供的情報。谷正倫得到消息後火速報告蔣介石，蔣介石立即下達次日夜間行動，秘密逮捕黃浚間諜集團的手諭。
第二天入夜，特工人員按照既定方案進入預定位置，深夜11點時，線人蓮花在樓上用手電向特工發出信號，表示黃浚壹夥已全部到齊，聚集在樓上。壹會兒，壹個裝扮成郵差的特工以送交快件為名，敲開大門，眾多特工突然蜂擁而入，直撲樓上小客廳，黃浚壹夥遂全部歸案。緊接著，特工立即對這夥人進行訊問，在訊問工具的“良好效果”配合下，黃浚等人迅速交代。在掌握了確切的證據後，特工於當日淩晨就逮捕了“帝國之花”南造雲子。