"No hay mejor asesino en el mundo que yo. No me arrepiento de nada, y, si pudiera, sin duda volvería a hacerlo..." Los policías empezaron a buscar a un personaje itinerante y elaboraron una lista en la que figuraba un hombre que viajaba frecuentemente por el sudoeste de Ucrania para visitar a su novia.
Con la policía tras su pista, Onoprienko puso tierra de por medio en 1989 y abandonó el país ilegalmente para recorrer Austria, Francia, Grecia y Alemania, en dónde estaría seis meses arrestado por robo y luego sería expulsado.

52 asesinatos en solo 6 meses. De regreso a Ucrania sumó a los nueve otros 43 asesinatos, y poco después, ante las pruebas encontradas por los agentes en los apartamentos de su novia y su hermano (una pistola robada y 122 objetos pertenecientes a las víctimas), hallaron una razón para arrestarlo. Cuando la policía le pidió los documentos en la puerta de su casa, Onoprienko no les quiso facilitar la tarea, e hizo un esfuerzo vano por conseguir un arma y defenderse. Cuando los policías por fin lo detuvieron, Onoprienko se sentó silenciosamente cruzando los brazos y les dijo sonriendo: "Yo hablaré con un general, pero no con ustedes". Aun así, no le quedó más remedio que confesar sus crímenes y dejar que aquellos le arrestasen.
En su declaración al juez, aparecerían otros nueve cadáveres cosechados a partir de 1989 en compañía de un cómplice, Sergei Rogozin, (quien también comparecería en el juicio).
Anatoli Onoprienko siguió los pasos del legendario Andrei Chikatilo. Ambos mataron al mismo número de víctimas, pero son muy diferentes. Chikatilo, ejecutado en 1994, era un maniaco sexual. Sólo mataba mujeres y niños, cuyos cuerpos violaba y mutilaba. A veces se comía las vísceras. Nada de esto aparece en el expediente de Onoprienko, un ladrón que mataba para robar, con inusitada brutalidad y ligereza, pero sin las escenas del maniaco sexual. Onoprienko supera a Chikatilo por el corto periodo en que realizó su matanza: seis meses frente a doce años.
Cuando ejecutaba a sus víctimas, el asesino seguía un mismo ritual: elegía casas aisladas, mataba a los hombres con un arma de fuego y a las mujeres y a los niños con un cuchillo, un hacha o un martillo. No perdonaba a nadie, después de sus asesinatos cortaba los dedos de sus víctimas para sacarles los anillos, o a veces quemaba las casas. Incluso mató en su cuna a un bebé de tres meses, asfixiándolo con una almohada.
Onoprienko, de 39 años, estatura media, aspecto de deportista, racional, educado, elocuente, dotado de una excelente memoria y desprovisto de piedad. Soltero, padre de un niño, reconoció haber tenido una infancia muy difícil: su madre había muerto cuando él tenía 4 años, y su padre y su hermano mayor lo habían abandonado en un orfanato. De adulto, para ganarse la vida, se había embarcado como marino y había sido bombero en la ciudad de Dneprorudnoye (dónde su ficha laboral le describe como un hombre "duro, pero justo"). Luego había emigrado al extranjero para trabajar de obrero durante ese tiempo, pero confesó que su fuente primaria de ingreso era criminal: los robos y asaltos.
El peritaje médico lo ha calificado como perfectamente cuerdo que puede y debe asumir las consecuencias de sus actos. El mismo se define como un "ladrón" que mataba para robar: "Mataba para eliminar a todos los testigos de mis robos"
Por este motivo puede ser condenado a la pena capital por crímenes premeditados con circunstancias agravantes. El presidente ucraniano, Leonid Kuchma, dijo que dará explicaciones al Consejo de Europa para violar en este caso la moratoria de ejecución de la pena de muerte que su país mantiene desde marzo de 1997. Gracias al convenio con el Consejo de Europa, 81 penas de muerte dictadas últimamente en Ucrania no se han ejecutado. La declaración del presidente Kuchma anuncia que se va a hacer una excepción con Onoprienko.
En un momento determinado de la investigación, el acusado afirmó que oía una serie de voces en su cabeza de unos "dioses extraterrestres" que lo habían escogido por considerarlo "de nivel superior" y le habían ordenado llevar a cabo los crímenes. También aseguró que poseía poderes hipnóticos y que podía comunicarse con los animales a través de la telepatía, además de poder detener el corazón con la mente a través de unos ejercicios de yoga. ¿Enfermo mental o maniaco homicida? lo primero podría declararlo imputable, y lo segundo, condenarlo a la pena capital... el juicio, actualmente en curso, parece seriamente complicado.

Tras ser detenido trato de fingir locura, pero los psiquiatras afirmaron que está cuerdo. Los psiquiatras, sin embargo, han diagnosticado que el hombre está perfectamente "cuerdo" y la mayoría quiere que pague por los homicidios. El mismo Onoprienko resumía así la filosofía de su carnicería:
"Era muy sencillo, los veía de la misma forma en que una bestia contempla a los corderos".