Зная, что Шухевич серьёзно болен, чекисты взяли под контроль все лечебные учреждения Львова. Проверенной агентуре в больницах были показаны фотографии Шухевича и его связных и поставлена задача постараться задержать их при появлении. Были взяты под контроль все врачи, занимающиеся частной практикой, и установлено агентурное наблюдение за медицинскими работниками, подозреваемыми в связях с оуновским подпольем.

На въезды во Львов и на железнодорожные маршруты Львов — Ходоров, Львов — Стрый, Дрогобыч — Станислав были направлены оперативные группы, в которые были включены агенты, лично знающие в лицо Шухевича и его связных. Всего в розыске Шухевича были задействованы порядка 700–800 оперативных работников.

С учётом того, что «на связи» каждого из оперативников находилось 15–25 агентов, агентурная «сеть», раскинутая на «Волка», была такой частой, что шансов не попасть в неё у него практически не было.

Информацию, которая решила судьбу Шухевича, чекисты получили не в результате выявленных связей Дидык во Львове и не благодаря агентуре в медицинских учреждениях на железных и автомобильных дорогах. Разрабатывая Шухевича и других руководителей оуновского подполья в западных областях Украины, чекисты установили их тесные связи с духовенством, часть которого хотя и перешла формально в православие, но продолжала исповедовать греко-католическую веру. Униатские священники выступали в качестве содержателей конспиративных квартир, используемых для укрытия Шухевича и других функционеров ОУН и организации их встреч. Священники использовались также для связи с руководителями ОУН и выполнения особых поручений.

Особое внимание сотрудники МГБ УССР обратили на выявление и разработку связей Шухевича с униатским духовенством в местах наиболее вероятного его укрытия: в Рогатинском районе Станиславской области и Ново-Стрелищанском районе Дрогобычской области. Для активизации агентурно-оперативной работы в этих районах была создана резидентура МГБ УССР. Туда также дополнительно направили квалифицированных оперативных сотрудников и опытных агентов УМГБ.

10 января 1950 г. в Станиславской и Дрогобычской областях была проведена операция по задержанию разрабатываемых униатских священников, о контактах которых с оуновским подпольем и связными Шухевича было достоверно известно. Тогда же тщательно обыскали церкви и усадьбы церковнослужителей, пытаясь обнаружить убежища командира УПА. Среди арестованных оказался священник УГКЦ М. Головацкий, который в 1926–1928 гг. учился вместе с Шухевичем в Львовской академической гимназии. В 1943 г. Шухевич приезжал в село Дички, где служил тогда Головацкий, для инспектирования отрядов УПА, и предложил тому заняться воспитанием молодёжи в националистическом духе. Головацкий предложение принял, и в 1943–1944 гг. в его доме и при его участии проходили собрания членов местных ячеек ОУН. В июле 1949 г., уже после того, как Головацкого перевели в село Выспа Рогатинского района, к нему обратился надрайонный проводник ОУН «Мирон» и попросил подготовить место укрытия для Шухевича. Головацкий лично оборудовал «схрон» в куполе своей церкви, где Шухевич периодически скрывался до рождественских праздников г., и 8 января вместе с Головацким отметил Рождество. На допросах святой отец показал, что из-за морозов он предложил Шухевичу укрываться в одном из домов в сёлах Любша или Подмихайловцы.

Другой арестованный священник, И. Вергун из села Чесники, признался, что он систематически предоставлял свою квартиру для укрытия «Анны» и «Дарки». Вергун указал место, где могла укрываться Мария Гусяк, мать «Дарки». Это был дом священника Р. Лопатинского в с. Дегова. Эта информация оказалась очень ценной. 26 января 1950 г. Мария Гусяк, Лопатинский и его дочь Лидия, как позже выяснилось, участница ОУН, приехавшая к отцу из Львова на каникулы, были арестованы. На допросах Мария Гусяк подтвердила, что её дочь Дарья является личной связной Шухевича и систематически бывает во Львове. В числе связей дочери Мария назвала врача Кметика и сотрудницу поликлиники Навроцкую, содержавшую явочную квартиру.

Лидия Лопатинская сообщила, что Кметик — её дядя, у которого она останавливалась во Львове. Далее она показала, что «Дарка» в конце декабря 1949 г. ненадолго навещала Лопатинских в селе Дегова. Более подробной информации допросы не дали, но в ходе внутрикамерной разработки в разговоре с агентом Мария Гусяк рассказала, что «Дарка» во второй половине февраля 1950 г. должна прибыть во Львов. На основании полученных данных работники МГБ активизировали мероприятия по розыску «Дарки» во Львове. Все известные и вновь выявленные явочные квартиры ОУН были взяты под агентурное наблюдение. За их содержателями было установлено наружное наблюдение, а в квартире Кметика устроена засада.

Чекистам помог случай. 31 января 1950 г. в милицию Львова явилась с повинной участница ОУН, бывший агент Шевченковского райотдела УМГБ под оперативным псевдонимом «Павлычко». Она попросила организовать ей встречу с оперативным работником МГБ, чтобы сообщить ему сведения о подполье. С ней встретился руководитель оперативно-чекистской группы по розыску Шухевича, которому «Павлычко» сообщила, что в 1948 г. она под влиянием связной «Дарки» прекратила сотрудничество с органами МГБ, перешла на нелегальное положение и, скрываясь во Львове, периодически встречалась с «Даркой» на квартире своей тётки по ул. Ленина, 5, кв. 2. Сообщив это, «Павлычко» выразила готовность к дальнейшему сотрудничеству с органами МГБ.

Как выяснилось, побудительной причиной для явки в органы МГБ для «Павлычко» послужил приказ МГБ Украины № 312, опубликованный в печати 30 декабря 1949 г. Этим приказом объявлялась полная амнистия всем членам ОУН и бойцам УПА, которые выйдут из подполья и добровольно явятся с повинной.

«Павлычко» предложила чекистам помощь в задержании Дарьи Гусяк, встреча с которой у неё должна была вскоре состояться. За «услугу» она просила амнистировать её брата, который также был связан с ОУН. Получив согласие на амнистию брата, «Павлычко» сообщила контрразведчикам, что 3 марта Дарья Гусяк должна посетить во Львове один из домов по улице Ленина. К дому немедленно выехали сотрудники оперативной группы МГБ УССР во Львове, Управления 2-Н и оперативники отделения наружного наблюдения. Напротив дома, на агитационном участке, оперативники установили наблюдательный пост. Женщина с пакетом в руках — лейтенант МГБ — прогуливалась перед дверью парадного подъезда.

В 15.40 в дом вошла женщина, приметы которой совпадали с приметами Дарьи Гусяк. Через час Гусяк вышла из дома вместе с «Павлычко». Они посетили трикотажный магазин на центральной львовской площади Мицкевича, затем попрощались, и Гусяк на трамвае № 2 поехала в сторону вокзала, сойдя на ул. Набайки. Около 18.30 её задержали четверо оперативников. При задержании у «Дарки» обнаружили пистолет ТТ и ампулу с ядом, которую она пыталась проглотить, но сотрудники УМГБ пресекли эту попытку. Зная, что Дарья Гусяк являлась одним из наиболее доверенных лиц Шухевича, оперативники старались как можно быстрее получить от неё информацию о его местонахождении. Однако на первом активном допросе «Дарка», по словам чекистов, «будучи волевой личностью и к тому же фанатично настроенной», «держалась крайне надменно». Она подтвердила, что является связной Шухевича, но прямо заявила, что никаких сведений о нём давать не будет, так как связана клятвой, и категорически отказалась назвать место его укрытия. Будучи морально сломленной арестом, Гусяк назвала лишь несколько своих связей, в частности, содержательницу конспиративной квартиры ОУН О. Навроцкую, заявив при этом, что больше ничего не скажет.