涉事三人中，兩人出示的身份證件顯示他們是浙江省溫州市永嘉縣橋頭鎮麻線廠工人詹某香和詹某弟，但體貌特征與鄭國華所描述的犯罪嫌疑人存在明顯差異；另一人未出示任何證件，自報姓名為單國明，27歲，浙江省溫州市永嘉縣朱塗公社林福大隊人。
衝突起因是單國明與詹氏兄弟此前在宛城旅社一同吃飯，詹氏兄弟墊付了飯錢和糧票，單國明答應歸還卻遲遲未兌現，並於12月7日上午不辭而彆。
詹氏兄弟追至南陽站討要說法，單國明反而矢口否認，雙方爭執不下最終動手。
據當時處置事件的南陽站派出所民警回憶，那個自稱“單國明”的人員體貌與鄭國華描述的嫌疑人特征高度吻合。
然而，偵查員在南陽市公安局的協助下查閱宛城旅社近幾個月的旅客登記簿時，並未找到“單國明”的入住記錄。
但旅社服務員反映，確有一隻無人領取的旅行袋滯留於此，曾有一名男子因無法提供寄存牌而與服務員發生爭執，其外貌特征與鄭所述嫌疑人一致。
該男子在旅社登記時使用的名字是“徐永平”，登記住址為浙江省溫州市平陽縣江平公社。
一名曾與“徐永平”有過接觸的女性旅客向偵查員反映，該男子操溫州口音，自稱在南陽棉花庫有熟人。
根據這一線索，偵查員迅速走訪南陽市棉花加工廠，找到彈棉花工人陳某某。
陳某某表示，自己並不認識“徐永平”，但同鄉單國備——永嘉縣朱塗人——確曾於12月5日、6日兩次前來辭行，聲稱近日即將返回永嘉，陳某某和同廠老鄉李某某於是分彆將一雙雨鞋和一雙棉內襯膠鞋交其捎回老家。
偵查員將滯留旅社的那隻旅行袋取出查看，發現其中正有這兩雙鞋，經陳、李二人辨認，確係他們托帶之物。二人所描述的單國備的體貌特征，與鄭國華所提供的嫌疑人信息高度一致。
至此，警方確認181次列車麻醉搶劫案的重大犯罪嫌疑人即為浙江省溫州市永嘉縣朱塗公社林福大隊社員單國備，並立即將這一關鍵信息通報給赴金華開展工作的另一組偵查員。
收到南陽方麵通報後，金華組的3名偵查員於12月11日火速轉赴永嘉縣，在永嘉縣公安局永臨區派出所的配合下，確認朱塗公社林福大隊確有一名單國備的社員，此前外出多日，案發後剛剛返家。
偵查員經與林福大隊支部書記溝通，由其以談話為由將單國備叫至大隊部辦公室進行初步詢問。
偵查員觀察其體貌特征，與鄭國華所描述的犯罪嫌疑人基本吻合。為穩妥取證，偵查員並未立即實施逮捕，而是詢問其返程車票情況。
單國備稱車票已購買，票根存放於家中。偵查員於是在永臨派出所所長陪同下隨其回家取證，果然搜出一張南陽至金華的代用客票，票號與鄭國華所持車票相連。
同時，偵查員還在單國備身上搜出20粒淡黃色藥片。犯罪嫌疑人單國備見罪行敗露，趁民警下樓時不備，突然縱身跳窗、翻越圍牆逃逸。
警方後續依法對其父住所進行搜查，成功起獲鄭國華被劫的旅行袋及袋內全部樣品衣物，唯獨100元贓款未被查獲。
單國備脫逃後，上海鐵路公安處迅速上報上海鐵路公安局，協調浙江鐵路公安處、福州鐵路公安處調集警力，在浙江的杭州、金華、溫州、寧波及福建的南平、寧德等重要地區實施布控堵截，同時在鐵路沿線全麵部署偵查力量，展開大規模查緝工作。
同一時間，浙江省公安廳與福建省公安廳也於12月11日夜緊急動員相關地市公安機關，出動大批民警，對轄區內所有旅館、招待所展開地毯式搜捕。
由於行動迅速、部署嚴密，12月12日深夜，偵查員終於在麗水縣的麗水旅館分部67號客房內將單國備抓獲，並從其身上搜出贓款135元原搶劫鄭國華的100元現金被其消耗剩餘85元，其姐夫又資助了50元）。
經連夜審訊，單國備對犯罪事實供認不諱：1981年12月8日，當181次列車停靠南京站時，他假意為鄭國華衝泡麥乳精，趁機將事先碾碎的三粒氯丙嗪藥片投入杯中。
鄭國華飲用後迅速陷入昏睡，單國備以“關心同鄉”為名，主動出資為其補辦臥鋪票，將其安置在5號車廂休息，隨後返回8號車廂，將鄭國華放置於行李架上的旅行袋取走，並在列車抵達丹陽站時迅速下車。
其後，他多次換乘長途汽車，經溧陽、杭州、麗水等地迂回逃竄，於12月11日上午返回永嘉朱塗老家。
當日下午，他覺察到行跡可能暴露，又從家中潛逃至其姐姐、姐夫家藏匿。在其姐夫的協助和策劃下，經溫溪、青田輾轉逃往麗水，準備繼續向福建方向逃亡，未料最終在麗水落網。其姐夫也因涉嫌包庇罪犯、協助逃匿被警方依法拘留。
至此，這起曾引起多方高度重視的181次旅客列車“12.8”重大麻醉搶劫案，在四天半的連續奮戰後正式告破。
需要說明的是，在公共交通工具上實施麻醉搶劫，犯罪性質尤為惡劣，根據我國刑法，該行為屬搶劫罪中從重判決情形，量刑通常在十年以上有期徒刑、無期徒刑直至死刑。
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