同時在發給江蘇都督程德全、民政長應德閎、上海通商交涉使陳貽範、上海縣知事吳馨、滬寧鐵路總辦鍾文耀的電報中明確要求：“立懸重賞，限期破獲，按法重懲。一面由該交涉使、縣知事親蒞醫院慰問宋君，切勸靜心調治，以期速愈。”
國民黨籍的國.務.總.理趙秉鈞，也於當天致電北京《民立報》代轉宋教仁：“聞公遇險，無任驚駭。默相吉人，幸加珍重。”
擊中宋教仁的子彈從他的右肋穿到腹下部，傷及小腹及大腸。醫生割開傷口，從他的身體內取出子彈。子彈尖小，推測爲新式勃朗寧手槍。
由於宋教仁不停叫痛，醫生給他注射止痛藥，依然沒有效果。而因不見好轉，醫生們不得不給宋教仁做二次手術。除了縫補大腸的穿孔外，發現他的腎臟也受到傷害，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，袁世凱立即覆電陳貽範說：“……責成江蘇都督、民政長迅緝真兇，窮追主名，務得確情，按法嚴辦，以維國紀而慰英魂。”
誰也沒想到這樣大的案子，卻破得格外容易，懸賞告示登出後不久，就有人報案。
關於報案，從資料上看有幾個版本。
其中之一是兩個潦倒不堪的學生。說他們是四川來投考學校的，住在六野旅館。
據這二人說：他們的隔壁房住着一個衣衫不整，面目兇惡之人。名叫武士英。每天早出晚歸。昨天午前突然有三四人來找武，武很高興。
來人走後，武士英來找他們借坐車的錢。他們給其一角，說不夠就又加二角。
晚上八點回來時，已換上一身新衣。到他們的房間掏出一把錢，有幾十元，拿出一元還他們。他們要找零他堅決不允，說自己有錢了，有人讓他辦件大事，事成之後還要給一千元。
今天在報紙上見到宋先生刺害，聯想到此人。問旅館管事的，說此人昨一早出去後，至今未歸。覺得可疑，便來報告。
接待的周南陔立刻報告陳其美，陳其美指示儘快找到武士英。結果找了一天沒見蹤影，只是在他住處發現了一張應桂馨的名片，從而引出了宋教仁遇刺案的另一個重要人物。
還有一個版本，古董商人王阿法成了報案人。
王阿法聲稱，他認識上海灘大名鼎鼎的黑幫人物應桂馨。
有一天，他到應宅交易，中途應桂馨拿出一張相片，要他認仔細了。說與此人有仇，希望王阿法做掉他，酬金可以給一千元。
王阿法說自己從沒有做過犯法勾當，所以當時便拒絕了應桂馨的要求。現在在報紙上看到宋教仁的相片，認出就是應桂馨給他看過的人。
從沒做過犯法勾當之人，怎麼會有人找他買兇殺人？找他的人不是普通百姓，而是黑幫人物，這不能不令人生疑。或許報案人王阿法是爲了自保，或許這裏還有其它隱情。
無論是在疑似兇手那裏發現其名片，還是有人指證他買兇殺人，疑點都指向了應桂馨。巡警馬上到應桂馨抓人。應桂馨不在家，但在他的家裏卻有意外收穫。
一是抓獲了一名不明身份的男子，這名男子正是殺人嫌疑人武士英，很快被當時在兇殺現場的人認出就是兇手。
其次在應宅發現大量祕密電報，竟是由當時擔任袁世凱臨時**的總.理趙秉鈞及內務部祕書洪述祖發來。
還有就是黃興也與應桂馨有大量電報往來。
洪述祖的電報內容，主要是以如何對付宋教仁爲主，裏面有“毀宋”的文字。提到在日本找到了宋教仁、孫.中.山、黃興三人的劣跡。而與黃興的電文，則是幫黃興打理錢財。
於是宋教仁遇刺案懷疑的對象從內務部祕書洪述祖，進一步被引到趙秉鈞和袁世凱身上。
四月四日下午公審公堂開庭預審時，先由代表公共租界巡捕房出庭的刑事檢查員侃克律師，介紹此前在法租界的會審公廨初步審訊武士英的情況：武士英已承認一九一三年二月來到上海，認識陳玉生後，於三月十九日在陳玉生帶領下到應桂馨家裏。
三月二十日，他與陳玉生再次來到應家看了宋教仁的照片，然後帶着手槍前往火車站。刺殺成功後，他乘坐人力車逃到應家與陳玉生見面，並得到應桂馨誇獎。
曾經在雲南當過營管帶（營長）的山西籍軍人武士英，刺殺宋教仁前，已經落魄到連房租都交不起，出門找工作都得向他人借車費和飯錢的地步。於是有過從軍經歷的武士英在一千塊現大洋的誘惑下，幹起了殺人的勾當。
但是令武士英沒有想到的是，其殺死的人是大名鼎鼎的國民黨青年領袖宋教仁，而殺人以後的報酬，其還來不及揮霍就被巡捕房給抓獲了。
根據武士英被捕以後的供述，案情已經很明瞭，他是通過黑道人物介紹，接了個殺人的差事，報酬爲一千現大洋。這個姓陳叫陳玉生的黑道人物將他介紹進了共進會（以青紅幫流氓爲主要成員的黑社會組織），僱傭他殺人的老闆是共進會頭目應桂馨。
經過一個多月的審訊後，法租界將武士英引渡給了中國政.府，並將其轉移關押到警備森嚴的上海模範監獄。
可惜，武士英在法祖界關押期間，因受了風寒染病，加之知道自己沒有生路後，心理壓力太大，加重了病情，於一九一三年四月二十四日病死於監獄內。
爲了弄清楚武士英之死，**部門聘請了多位醫生對武士英的屍體進行了解剖檢驗。證明其死於疾病，而非袁世凱方面宣稱的被陳其美滅口。
應桂馨的代理律師沃沛辯護道，行兇之人說是某人主使，而沒有第三人可以證明，這樣的證據是不能夠成立的。沃沛雖然沒有點出第三人的名字，他所說的第三人顯然是指已經於三月二十七日被抓獲歸案的陳玉生。
令人奇怪的是，已經被抓獲歸案的陳玉生，一次也沒有出現在連續七次的法庭預審當中，而且從此再也沒有音訊。
四月十一日下午，公審公堂第六次開庭預審，應桂馨當庭說，三月一日或二日，武士英帶着吳乃文的推薦信到他家裏求職。他送走武士英後，當即吩咐手下人，以後武士英再來就不要通報接見了，拒不承認買兇殺人的罪行。
案發之後，武士英留在應桂馨家裏的吳乃文推薦信被搜查出，保存在巡捕房裏。
在宋教仁案的涉案幫兇中，吳乃文是最爲關鍵也最爲神祕的一個人。吳乃文既是武士英與應桂馨認識的介紹人，也是在現場指揮武士英刺殺宋教仁的犯罪嫌疑人之一。而在一九一一年十一月九日上海《申報》刊登的《滬軍都督府各部職員表》中，諜報科科長應桂馨手下的三名一等科員中，恰好也有吳乃文的名字。
無獨有偶，曾經委託王阿發到應桂馨家裏登門賣畫的拓魯生，又恰好是爲宋教仁送行的國民黨要員。
宋教仁案經過會審公廨連續七次的依法預審，遺留下來的最大疑點和盲點，就在於原、被告雙方配合默契地避免了武士英與應桂馨的當庭對質。這是一樁並不複雜的暗殺兇案，只要把已經抓捕歸案的武士英、應桂馨、陳玉生，以及參與或見證暗殺活動的吳乃文、拓魯生、王阿發等人拉到一起當庭對質，便可以真相大白。
包括在兇殺現場無一巡警，這一系列的事情，開始讓人們懷疑，所有這一切與其說是偶然與巧合，不如說是前滬軍都督陳其美及其參謀長黃郛等國民黨人士裏應外合的精心安排。
宋教仁遇刺後舉國震驚，剛剛成立的國民黨內部陷入了一片混亂和憤怒之中。國民黨方面所需要的的似乎不是宋教仁案的事實真相，而是通過真假難辨的輿論宣傳，來針對袁世凱、趙秉鈞及中央政.府實施道德上的妖魔化。
在案子還在審理之中時，上海的報紙上就連篇累牘報紙上公佈了，應桂馨和內務部祕書洪述祖、趙秉鈞往來電報。