而枪支所使用的子弹，以及后续搜出的5枚手榴弹，都是王宗玮参军复员时，钻了部队管理的漏洞，私自偷偷带回的，这也为他们后续的疯狂杀戮，提供了致命的凶器。
案发当天下午五时，距离血案发生已经过去四个小时，辽宁省公安厅下达紧急指令，沈阳市公安局立即调动警力，对沈阳全城展开全面搜捕，封锁火车站、汽车站、交通要道等所有出入口，誓要将二王抓捕归案。然而，警方的搜捕行动最终一无所获，二王早已不见踪影。
事后有群众向警方反映，在案发一个多小时后，曾在沈阳文官屯火车站，看到过体貌特征与二王高度吻合的两名男子。
警方据此分析，二王极有可能已经趁着搜捕行动展开前，逃离了沈阳，结合他们临走前拿走美国亲戚信件的细节，推断他们计划先逃往广州，再伺机偷渡前往美国。
2月13日，沈阳警方紧急向公安部提交申请，在全国范围内发布通缉令，对持枪杀人潜逃的王宗玮、王宗坊展开全面通缉，一场横跨数省的大规模追捕行动，就此拉开序幕。
而亡命天涯的二王，丝毫没有收敛自己的恶行，一路逃窜，一路制造血案，所到之处，人心惶惶。
2月15日晚9时10分，从北京开往广州的47次列车，正行驶在湖南衡阳境内，夜色笼罩着车厢，大部分旅客都陷入沉睡，或是闭目休息，车厢内格外安静，只有列车行驶的哐当声。
乘务员按照工作流程，在二号车厢进行例行检查，排查安全隐患，当检查到一个放在座位下方的提包时，手部突然摸到一块坚硬、形似手枪的物体，乘务员心头一紧，立刻叫来乘警。
乘警赶到后，当场打开提包检查，里面赫然装着一把54式手枪，当即询问车上旅客，提包究竟属于何人。
靠窗而坐的王宗玮神色慌张，只得承认提包是自己和同伴所有，乘警当即要求其出示持枪证，面对乘警的质问，王宗玮沉默不语，眼神闪过一丝狠厉，突然再次掏出手枪，朝着乘警头部直接开枪。
幸运的是，列车行驶途中突然晃动，子弹擦着乘警的耳朵飞过，险些命中要害。
刺耳的枪声瞬间惊醒了沉睡的旅客，车厢内瞬间陷入一片混乱，尖叫声、哭喊声此起彼伏，旅客们纷纷四处躲避，场面一度失控。
王宗坊趁乱冲上前，从乘警身边夺回手枪，兄弟二人背靠背站立，持枪与警方对峙，眼神凶狠，气焰嚣张。
危急时刻，乘务员果断拉下列车紧急停车闸，列车开始缓缓减速。趁着列车减速、现场混乱的时机，二王冲到车窗旁，用力砸破玻璃，纵身跳下列车，消失在衡阳郊外的夜色之中。
案发当夜，湖南省公安厅立即启动紧急预案，调动大批警力，连夜开展围捕行动，在二王跳车地点、衡阳市区以南四十里的西坪村设卡布控，严防死守，阻止二人继续南下逃窜。
但狡猾的二王似乎早已猜到警方的布控计划，并没有选择向南逃窜，而是掉头潜入衡阳市区，隐藏在人群之中，躲避警方的追捕。
2月17日上午10时，衡阳冶金机械厂保卫干事吴某，前往单位新分配的福利房查看情况，刚打开房门，就看到屋内坐着两名陌生男子，正狼吞虎咽地吃着东西，其中一人的口袋里，赫然露出一截手枪枪柄，刺眼又危险。
吴某心中大惊，强装镇定，借口离开房间，出门后立刻狂奔，第一时间向单位保卫处汇报情况。
屋内的二王察觉到异样，知道自己行踪暴露，当即放下手中的食物，起身下楼逃离，刚跑到厂区路口，就被值班员赵某和退休工人吴某拦住去路。
二人奋力挣脱阻拦，疯狂逃往附近巷子，恰好与闻讯赶来的工厂保卫处人员迎面撞上，走投无路的王宗玮再次掏枪，开枪击中一名保卫干事的左肩，趁着众人慌乱之际，兄弟二人冲上街头。
此时，衡阳冶金机械厂家属院的李女士一家，正推着自行车走在大街上，准备回家过年。
疯狂逃窜的二王一眼盯上自行车，径直冲上前抢夺，想要骑车快速逃离。李女士的女儿死死抓住车座，不肯松手，王宗坊恼羞成怒，抬手朝女孩连开两枪，所幸没有击中。
李女士的丈夫见状，立刻起身追赶二王，却被王宗玮开枪击中，当场倒地身亡。
看着丈夫倒在血泊中，李女士悲痛欲绝，不顾危险，冲上前死死抓住王宗坊的挎包，誓死不肯放手，丧心病狂的王宗玮随即开枪，将李女士击伤。
接连的枪声惊动了冶金机械厂的众多工人，大家纷纷朝着枪声方向跑来，想要制服这两名疯狂的歹徒。
二王见状，不敢过多纠缠，慌忙丢下背包和自行车，仓皇逃离现场，李女士也因此侥幸保住性命。
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案发仅20分钟，衡阳警方就火速赶到现场，全面组织警力