9月15日上午，警方对依兰岛的重点相关地区进行了全面的地毯式搜索，搜索范围主要集中在从西海岸的八角亭附近到轮渡码头一线的周围区域。因为根据陈子明的估计，凶犯在成功地将赵海恒杀死后，他理应直接前往码头，以便尽快离开海岛。从八角亭附近到码头，大约有20分钟的路程。倘若凶犯在8点半之前完成了凶杀，他必定及时前往码头。因此，他可能将手枪顺道藏在或扔在沿途的什么地方。为了达到更好的搜索效果，李远帆从市公安局调来几名专职的驯犬员，并带来五只警犬。
据驯犬员估计，由于凶犯几天前刚刚使用过那支手枪，火药味具有较强的吸附性，短期间内尚不可能完全散去，即使是凶犯将那凶器用塑料布包裹起来，再埋在地下，警犬也应该能够闻得出来。人的鼻子比较短，其中只有一块肌肉，进出气流共用同一个通道；可是犬的鼻子比人长得多，其中有三块肌肉可以控制气道，出气与进气可以经由不同的通道，不至于混淆。因此，警犬的嗅觉功能大大强于人类。
可是，一整天的搜索并未取得预计的效果。既然如此，基本上可以判断，凶犯并不曾将那作为凶器的枪支埋在岛上。9月16日，李远帆率领刑警们在海岸附近进行了打捞。一天下来，仍没有任何结果。难道凶犯已经将那枪支随身带离海岛？难道陈子明的分析是错的？
陈子明认为，侦破案件与打仗一样，正如兵法所云，只有知己知彼，才能百战百胜。我们在侦破案件的过程中，必须正确估计犯罪嫌疑人的性格与智力。在此案中，倘若那凶犯是一个粗疏而鲁莽之人，他就完全有可能将凶器带离海岛。可是，案情细节告诉我们，那凶犯应该是一个比较工于算计之人，既然如此，他就不可能犯这样简单的错误，他一定不会将凶器随身带走，否则将会大大增加他自身的危险性。因此，他必定是将凶器留在海岛之上。现在的问题仅仅在于，他究竟将那凶器丢在了哪儿。
在陈子明的坚持下，9月17日，李远帆加大了搜索力度。李远帆站在海边，挑选了一块与54式手枪重量相仿的石头，尽力扔向大海。即以此距离为度，继续进行广范围的打捞。为了尽量加快打捞进度，岛上村委会又发动了十余艘小型渔船参与打捞。
功夫不负有心人，就在离码头不太远的某处，在距离海岸大约20余米的海水中，一把手枪终于被打捞了上来。根据手枪上的锈迹可以初步判断，该手枪被扔进大海的时间应该是几天之前。
那是一支54式、7.62mm手枪，枪长196mm，枪管长116mm，枪高128.5mm，重850克。根据该枪的式样、尺寸、及工艺，初步可以判断这是一把由正规军事工厂生产出来的54式手枪。
既然是由正规厂家生产出来的枪支，根据枪号就应该可以查出，该支54式手枪原先是属于哪个部门、属于具体哪个人。可是，令大家遗憾的是，该枪的枪身上已经没有了任何符号，枪号已经被彻底地锉平了，甚至连一丝儿印迹也没有留下！
尽管枪身上已经没有了枪号，但是有一点仍然必须首先查明，该枪究竟是不是用来杀死赵海恒的凶器？
根据子弹的表面特征，可以准确地判断该子弹是由哪支枪发射的。每支枪的内壁都刻有螺旋状的沟槽，可使子弹快速旋转，从而提高射击的准确度。槽与槽之间的凸起称为阳膛线。子弹的直径比枪管内壁略大，所以阳膛线就会沿着子弹的弹身划出明显的沟痕。由于每支枪的阳膛线都具有各自不同的特征，所以根据子弹上沟痕的微细结构就可以判断出它究竟是由哪支枪发射出来的。
9月18日上午，市公安局刑侦实验室经过检测后确定，该枪正是依兰岛八角亭杀人案中所使用的凶器，现场发现的那三颗子弹皆由该枪所发射！
可是，尽管已经明确这把54式手枪就是八角亭杀人案的凶器，但已经没有了枪号，到哪儿去寻找那枪的主人呢？
