Несколькими неделями позже Заносовский снова патрулировал автовокзал в компании другого сотрудника полиции. Оба мужчины были в гражданской одежде. Ближе к вечеру, когда они уже собирались заканчивать смену, Заносовский снова заметил Чикатило.
Приказав напарнику не спускать глаз с мужчины, Заносовский подсел поближе и, укрывшись за газетой, продолжил наблюдение. Когда Чикатило двинулся дальше, Заносовский и его напарник последовали за ним. В течение нескольких часов они преследовали Чикатило, который пересаживался на разные автобусы, курсировавшие по району, прежде чем вернуться на автовокзал.
Наблюдая, полицейские видели, как Чикатило подходил к женщинам разного возраста и пытался завести с ними разговор. Часто он получал отпор, но, невозмутимо, продолжал приближаться к другим. Преследование продолжилось по маршруту Чикатило: он заходил в рестораны, бары и снова возвращался на вокзал. Всё это время Чикатило, казалось, был поглощен лишь одной мыслью — разговором с женщинами.
В какой-то момент он устроился поудобнее в кресле и задремал часа на два. Проснувшись, он возобновил свою деятельность, а полиция — слежку. Спустя некоторое время рядом с ним села молодая женщина, которая сама завела с ним беседу. Разговор, казалось, шёл хорошо, поскольку вскоре Чикатило обнял женщину.
В конце концов она положила голову ему на колени, и Чикатило скользнул рукой под её блузку и начал ласкать её. Девушка, казавшаяся пьяной, не возражала. Чикатило, судя по всему, покраснел от возбуждения. Спустя несколько минут девушка села, резко поговорила с ним, и вскоре после этого они разошлись.
Заносовский больше не мог ждать. Он подошел к Чикатило и снова потребовал предъявить документы. Узнав, что за ним некоторое время наблюдали, и понимая, что его задержали, Чикатило был шокирован и начал обильно потеть. Затем Заносовский попросил показать содержимое его портфеля. Чикатило неохотно согласился и открыл его. Внутри лежали верёвка, баночка с вазелином и нож с длинным лезвием.