Thông báo của Bộ Công an Việt Nam lúc đó cho biết ông Dũng bị bắt giữ hôm thứ Ba ngày 4/9/2012 sau gần 4 tháng đào tẩu tại một nước ASEAN nhưng không nói rõ là nước nào cũng như không đưa thông tin chi tiết về việc bắt giữ.[11][12][13]Theo hồ sơ điều tra Cơ quan An ninh (Bộ Công an) hoàn tất ngày 14.10.2013 thì Dương Chí Dũng đã bị bắt tại Campuchia.[14]Theo tin của Petrotimes ngày 07.12.2013, Phó phòng Cảnh sát Điều tra tội phạm về trật tự xã hội (PC45) Công an thành phố Hải Phòng Vũ Tiến Sơn đã bị bắt tạm giam vì đã tiếp tay cho Dương Chí Dũng bỏ trốn. Cùng tội này, Đồng Xuân Phong – Nguyên cán bộ Cục Hải quan Hải Phòng cũng đã bị truy nã. [15]Ngày 22/2 Bộ Công an loan tin vừa bắt ông Dương Tự Trọng, nguyên phó giám đốc công an Hải Phòng với lý do ông này nằm trong đường dây tổ chức cho anh trai là Dương Chí Dũng, nguyên chủ tịch Vinalines bỏ trốn. Như vậy, ông Dương Tự Trọng là người thứ 8 đã bị bắt giam trong đường dây tổ chức này. Ngoài ông còn có các cán bộ công an khác như ông Vũ Văn Sáu, Phạm Đình Nghiên, Hà Trọng Tuấn, Hoàng Văn Thắng, Nguyễn Trọng Ánh và ông Đồng Xuân Phong (đang bị truy nã).[13]
Trong phiên xử sơ thẩm ngày 16/12 Dương Chí Dũng bị tuyên án tử hình về tội tham ô, 28 năm tù về tội cố ý làm trái quy định của Nhà nước về quản lý kinh tế gây hậu quả nghiêm trọng.[16]Trong cuộc họp thông báo về tình hình, kết quả công tác công an năm 2013 diễn ra vào ngày 16.12.2013, thượng tướng Đặng Văn Hiếu - Thứ trưởng Thường trực Bộ Công an, nói rõ, Cơ quan An ninh điều tra của Bộ Công an gửi Viện KSND tối cao không đề cập tới chi tiết người gọi điện báo tin cho Dương Chí Dũng bỏ trốn, do những tình tiết này liên quan đến một vụ án khác, vẫn đang trong quá trình điều tra nên chưa thể tiết lộ danh tính cụ thể.[17]

Lời khai trước tòa về việc bỏ trốn

Vào ngày 07.01.2014 phiên tòa sơ thẩm xét xử bị cáo Dương Tự Trọng và 6 đồng phạm phạm tội tổ chức cho Dương Chí Dũng trốn đi nước ngoài, Dương Chí Dũng khai rằng chính Phạm Quý Ngọ, Thứ trưởng Bộ Công an, Trưởng ban chuyên án điều tra các sai phạm tại Vinalines (tức đang điều tra các sai phạm của Dương Chí Dũng), là người đã gọi điện thoại báo tin về việc bắt giữ, và khuyên bỏ trốn: "anh Ngọ gọi điện cho tôi thông báo Thủ tướng đã chấp thuận lệnh khởi tố và bắt tạm giam chú, chú tránh đi một thời gian"[18].

Khởi tố và đòi dẫn độ phóng viên báo đài BBC

Ngày 25/4/2014, Trung tướng Hoàng Kông Tư, Thủ trưởng Cơ quan An ninh điều tra Bộ Công an trong một cuộc phỏng vấn với Báo Công an nhân dân cho biết là đã khởi tố tội Vu khống và sẽ xem xét để đòi dẫn độ phóng viên Nguyễn Hùng, BBC tiếng Việt về bài báo "Dương Chí Dũng và những triệu đô la", đăng ngày 24/4/2014, với câu sau: "Theo ông Dũng, người đưa tiền của bà Lan cho ông tên là Tiệp. Các nguồn tin nói đây là ám chỉ Thiếu tướng Trần Quang Tiệp, Trợ lý Bộ trưởng Công an Trần Đại Quang".,[19] Theo bài đăng trên BBC thì các vụ hối lộ có liên quan đến cố Thượng tướng Phạm Quý Ngọ, Thứ trưởng Bộ Công an, bị khai nhận nửa triệu USD để chạy án vụ Vinalines, đại tướng Trần Đại Quang, Bộ trưởng Bộ Công an, và hai sĩ quan công an của Cục C48, nhận 30.000 USD.
"Anh Tiệp có nói là "Anh yên tâm đi, tôi đã gặp và báo cáo với anh Trần Đại Quang - Bộ trưởng Bộ Công an, để anh Quang có ý kiến với anh Ngọ. Và anh Quang sẽ điện cho anh, để anh Ngọ không can thiệp hay gây khó cho doanh nghiệp nữa.""

Trong quá trình điều tra, Dương Chí Dũng có khai người đưa tiền của bà Lan cho ông tên là Tiệc. Cơ quan An ninh điều tra Bộ Công an đã xác minh, làm rõ và xác định người tên Tiệc như Dương Chí Dũng khai là ông Ngô Xuân Tiệc, sinh năm 1961, thường trú tại 277 Phạm Văn Hải, quận Tân Bình, Thành phố Hồ Chí Minh, là Chủ tịch, Tổng Giám đốc Công ty cổ phần đầu tư phát triển Tâm Sinh Nghĩa. Cơ quan An ninh điều tra Bộ Công an đã làm việc với ông Ngô Xuân Tiệc và ông Ngô Xuân Tiệc đã viết bản tường trình cam đoan, khẳng định hoàn toàn không có sự việc như Dương Chí Dũng khai.

Phiên tòa phúc thẩm

Trước phiên phúc thẩm, gia đình ông Dương Chí Dũng đã nộp cho Cục Thi hành án dân sự TP. Hà Nội 4,7 tỷ đồng tiền khắc phục hậu quả cho vụ án Vinalines.[20]

Ngày 5 tháng 4 năm 2014, phiên phúc thẩm đã tuyên bố y án tử hình ông Dương Chí Dũng, yêu cầu bồi thường 110 tỷ đồng.[21]

Chiều 12 tháng 4 năm 2017, Cục trưởng Thi hành án dân sự Hà Nội, ông Lê Quang Tiến cho biết ông Dương Chí Dũng còn nợ thi hành án hơn 88 tỉ VND.[22]