同时在发给江苏都督程德全、民政长应德闳、上海通商交涉使陈贻范、上海县知事吴馨、沪宁铁路总办钟文耀的电报中明确要求：“立悬重赏，限期破获，按法重惩。一面由该交涉使、县知事亲莅医院慰问宋君，切劝静心调治，以期速愈。”
国民党籍的国务总理赵秉钧，也于当天致电北京《民立报》代转宋教仁：“闻公遇险，无任惊骇。默相吉人，幸加珍重。”
击中宋教仁的子弹从他的右肋穿到腹下部，伤及小腹及大肠。医生割开伤口，从他的身体内取出子弹。子弹尖小，推测为新式勃朗宁手枪。
由于宋教仁不停叫痛，医生给他注射止痛药，依然没有效果。而因不见好转，医生们不得不给宋教仁做二次手术。除了缝补大肠的穿孔外，发现他的肾脏也受到伤害，大小便失禁，流血不止。
三月二十二日凌晨，宋教仁不治身亡。
得知宋教仁不幸去世的消息，袁世凯立即复电陈贻范说：“……责成江苏都督、民政长迅缉真凶，穷追主名，务得确情，按法严办，以维国纪而慰英魂。”
谁也没想到这样大的案子，却破得格外容易，悬赏告示登出后不久，就有人报案。
关于报案，从资料上看有几个版本。
其中之一是两个潦倒不堪的学生。说他们是四川来投考学校的，住在六野旅馆。
据这二人说：他们的隔壁房住着一个衣衫不整，面目凶恶之人。名叫武士英。每天早出晚归。昨天午前突然有三四人来找武，武很高兴。
来人走后，武士英来找他们借坐车的钱。他们给其一角，说不够就又加二角。
晚上八点回来时，已换上一身新衣。到他们的房间掏出一把钱，有几十元，拿出一元还他们。他们要找零他坚决不允，说自己有钱了，有人让他办件大事，事成之后还要给一千元。
今天在报纸上见到宋先生刺害，联想到此人。问旅馆管事的，说此人昨一早出去后，至今未归。觉得可疑，便来报告。
接待的周南陔立刻报告陈其美，陈其美指示尽快找到武士英。结果找了一天没见踪影，只是在他住处发现了一张应桂馨的名片，从而引出了宋教仁遇刺案的另一个重要人物。
还有一个版本，古董商人王阿法成了报案人。
王阿法声称，他认识上海滩大名鼎鼎的黑帮人物应桂馨。
有一天，他到应宅交易，中途应桂馨拿出一张相片，要他认仔细了。说与此人有仇，希望王阿法做掉他，酬金可以给一千元。
王阿法说自己从没有做过犯法勾当，所以当时便拒绝了应桂馨的要求。现在在报纸上看到宋教仁的相片，认出就是应桂馨给他看过的人。
从没做过犯法勾当之人，怎么会有人找他买凶杀人？找他的人不是普通百姓，而是黑帮人物，这不能不令人生疑。或许报案人王阿法是为了自保，或许这里还有其它隐情。
无论是在疑似凶手那里发现其名片，还是有人指证他买凶杀人，疑点都指向了应桂馨。巡警马上到应桂馨抓人。应桂馨不在家，但在他的家里却有意外收获。
一是抓获了一名不明身份的男子，这名男子正是杀人嫌疑人武士英，很快被当时在凶杀现场的人认出就是凶手。
其次在应宅发现大量秘密电报，竟是由当时担任袁世凯临时**的总理赵秉钧及内务部秘书洪述祖发来。
还有就是黄兴也与应桂馨有大量电报往来。
洪述祖的电报内容，主要是以如何对付宋教仁为主，里面有“毁宋”的文字。提到在日本找到了宋教仁、孙中山、黄兴三人的劣迹。而与黄兴的电文，则是帮黄兴打理钱财。