Αφότου το FBI εξέδωσε τις εικόνες, οι ύποπτοι φέρονται ότι σκότωσαν έναν αξιωματικό της αστυνομίας του MIT, έκλεψαν ένα αμάξι τύπου SUV και ξεκίνησαν μια ανταλλαγή πυροβολισμών με την αστυνομία στο Watertown, Massachusetts. Κατα την ανταλλαγή πυρών, ένας αστυνομικός του MBTA τραυματίζεται θανάσιμα, ο Tamerlan Tsarnaev σκοτώνεται, και ο Dzhokhar Tsarnaev καταφέρνει να ξεφύγει τραυματισμένος. Ακολούθησε ανθρωποκυνηγητό άνευ προηγουμένου με χιλιάδες αστυνομικούς να "χτενίζουν" μια περιοχή 20 τετραγώνων στο Watertown.

Κατα την διάρκεια του ανθρωποκυνηγητού, οι αρχές ζήτησαν από τους κατοίκους του Watertown και των γύρω περιοχών να παραμείνουν στα σπίτια τους, και το σύστημα μαζικής μεταφοράς όπως αρκετές επιχειρήσεις και δημόσια ινστιτούτα, έκλεισαν με αποτέλεσμα ένα ερημικό περιβάλλον πόλης με ιστορικό μεγεθος και διάρκεια. Γύρω στις 7 το απόγευμα, αμέσως μετά την ανάκληση του "μείνετε καλυμένοι", ένας κάτοικος ανακάλυψε τον ύποπτο να κρύβεται σε μια βάρκα στον κήπο του. Ο Dzhokhar συλλαμβάνεται και τον πηγαίνουν στο νοσοκομείο.

Σύμφωνα με την αρχική ανάκριση στο νοσοκομείο, ο Dzhokhar είπε ότι ο Tamerlan ήταν ο "εγκέφαλος". Δήλωσε ακόμα ότι υποκινούνταν οι δυό τους, από "πιστεύω" εξτρεμιστών ισλαμιστών, και από τους πολέμους στο Ιράκ και το Αφγανιστάν, και ήταν αυτο-ριζοσπαστικοποιημένοι, και χωρίς καμμία σύνδεση με εξωτερικές τρομοκρατικές οργανώσεις. Έμαθαν να φτιάχνουν εκρηκτικές συσκευές από ένα online περιοδικό (θυγατρικό της Αλ Κάιντα) στην Υεμένη. Τέλος δήλωσε ότι τα αδέρφια είχαν αποφασίσει να ταξιδέψουν μέχρι την Νέα Υόρκη μετά τον βομβισμό της Βοστώνης για να βομβαρδίσουν την Times Square. Στον Dzhokhar απαγγέλθηκαν κατηγορίες στις 22 Απριλίου, καθώς βρίσκονταν ακόμη στο νοσοκομείο, για χρήση όπλων μαζικής καταστροφής, και κακόβουλη καταστροφή περιουσίας με αποτέλεσμα τον θάνατο.