警探們立即趕往宏業花園第七十四號搜查，結果查明汪得利曾在上海還有一住處——赫德路六十六號。警探們趕到這裡，搜出許多上海各銀行的存摺，存款總數高達四萬七千元。這都是共產國際通過遠東局提供給遠東與東南亞各國共產黨及紅色工會組織的活動經費。
牛蘭夫婦在被捕後，租界巡捕房多次對他們提審。但此兩人拒不暴露自己的身份，然而，過了一段時間，巡捕房通過其他途徑，才終於查清了牛蘭夫婦的真實情況。
先是在一九三一年六月二十二日，擔任中共中央總書記的向忠發在上海被捕。此人立即叛變，在供詞中也交代了有關牛蘭的情況。他說：「共產國際駐上海之東方部負責人，前為米夫，現已回國。現由波蘭人負責。該波蘭人自稱為比國人，現因事被關押在英租界捕房……。」國民黨中統局的上海特區與租界巡捕房聯繫，很快確認了牛蘭夫婦的身份。
接著，國民政府駐南非的總領事館向國內提供了一張照片，這是一九二七年第三國際在南非召開第五次代表大會時的合影照片，其中就有牛蘭與汪得利曾。中統局的專家與租界巡捕房合作，對這張照片仔細確認，再次確認了被捕的牛蘭夫婦是共產國際的重要活動份子。
牛蘭夫婦的真實身份完全的暴露了。
四
牛蘭夫婦的被捕和他們真實身份的暴露，以及大量機密文件與資金的被查抄繳獲，給共產國際在中國與遠東的活動造成了極大的損失。
首先，它使共產國際在中國的各組織幾乎全部陷入癱瘓或瓦解狀態，因為他們的成員彼此了解得太深了，由於牛蘭夫婦的被捕，其他成員只得緊急撤離或停止活動；同時它使中國共產黨組織與共產國際的聯繫一度完全中斷。
不僅如此，牛蘭夫婦的被捕事件還牽連影響到亞洲其他各國的共產組織：根據從牛蘭處查獲的文件，英國租界當局證實了不久前共產國際遠東局在香港成立了一個分支機構——「南方局」，又稱「香港分局」。上海英租界當局與香港英政府當局聯繫。恰在牛蘭被捕前幾天，香港英國警察在那裡捕獲了一名安南共產黨人阮愛國，現得確認，他就是南方局負責人胡志明。
同時，從牛蘭處查獲的文件中，發現了好幾名與共產國際遠東局有聯繫的日本共產黨員。英租界巡捕房將材料轉交給日本政府警方，日警也投入對日共產黨員與當時正在日本工作的中共黨人的追捕。
因此，牛蘭案成了轟動中外的重大國際政治案件。
再說牛蘭夫婦被捕後，被英租界巡捕房關押審問約兩個多月。一九三一年八月九日，在英租界的江蘇高等法院等二分院正式開庭審判牛蘭夫婦，最後宣布將牛蘭夫婦引渡給南京國民政府。八月十四日，國民政府司法部門將被引渡來的牛蘭夫婦從上海移押南京，關入城南道署街的憲兵司令部看守所監獄中。雖然牛蘭夫婦多次絕食抗爭，中國國內（如宋慶齡、楊杏佛、魯迅、柳亞子等）與國際上許多名人來電來信對牛蘭夫婦表示聲援與支持，但是南京政府的江蘇高等法院刑事一庭，仍於一九三二年八月十日開始，假江寧地方法院對牛蘭夫婦正式開庭進行公開審判。庭審歷時約十天。一九三二年八月十九日正午十二時，庭審結束，審判長黎冕宣讀了對牛蘭夫婦的判決書：「牛蘭及汪得利曾犯罪一切證據，不外擾亂治安、勾結叛徒、煽惑軍隊、破壞紀律為目的，實觸犯『危害民國緊急治罪法』第一條第一、第三、第四各款，第二條第一、第二兩款，及第六條，又犯『中華民國刑法』第七十四條，各應併科判以死刑。茲爰照大赦條例第二條，各處以無期徒刑。」
法院判決後，牛蘭夫婦被送至南京市中心老虎橋的江蘇第一模範監獄監禁服刑。
牛蘭夫婦在南京獄中被關押六年。直到一九三七年七月蘆溝橋事變爆發，日軍侵略的戰火很快燒向上海與南京。八、九月間，日軍飛機開始轟炸南京，江蘇第一監獄也有部分房屋重彈。到十一月，日軍占領上海之後向南京逼近，日軍攻占南京前的混亂時刻，南京國民政府當局以「驅逐出境」為名，釋放牛蘭夫婦。牛蘭夫婦從上海前往上海租界，次年，他們乘蘇聯客輪離華回到蘇聯。
轟動一時的「牛蘭案」歷時約六年，才因中日戰起得以結束，歷史學界由於資料缺乏，對這一民國史上重大國際事件所知甚少，敘述極略，而且有許多訛誤之處，甚至有人將一九三一年發生的「牛蘭案」與一九三五年發生的「怪西人案」混為一談。其實，後者是蘇俄當時的另一情報系統——蘇俄紅軍總參謀部情報部，（簡稱「格別烏」）所屬特工系統在華的活動。
