Сергій Ткач був затриманий у своєму будинку на околиці міста Пологи в серпні 2005 року[17]. Зустрів оперативників словами: «Я чекав вас 25 років»[18]. Під час обшуку в його будинку були знайдені жіночі парасольки, сумки, туфлі, губні помади, дитячі зошити, ляльки, прикраси[11]. Будучи під слідством, він заявляв, що одним із стимулів вбивств для нього було бажання довести «повну профнепридатність оперативників». У 2012 році в інтерв'ю газеті «Сегодня» Ткач розповів[19]: 
 
« Зараз знаю, що з 1985 року я перебував в оперативній розробці міліції Павлограда та області за цими злочинами. Мене неодноразово допитували також співробітники прокуратури області, міліцейські капітани. Може, вони нині по тутешніх поверхах ходять у званні полковників, їм зараз має бути соромно . Тобто мене за підозрою в тих злочинах затримували, але я приносив (показує жестами гроші. - Авт. ), Будував таку версію, що мене відпускали відразу. Потім я усамітнювався, пив ночами і розмовляв зі своїм собакою. І знову здійснював . Я хотів остаточно показати МВС, що вони не вміють працювати, а тільки горілку жерти і затримувати п'яниць. Я бачив, звичайно, що там, на озері, кругом люди . І що мене спонукало вбити дівчинку, не знаю, просто не знаю . Я затягнув її під корч і втопив там. Звір, таких в природі немає, - так можу себе охарактеризувати.