Estas matanzas incitaron a la segunda investigación delictiva más grande y complicada en la historia ucraniana (la primera había sido la de su compatriota Chikatilo). El gobierno ucraniano envió una buena parte de la Guardia Nacional con la misión de velar por la seguridad de los ciudadanos y, como si el despliegue de una división militar entera para combatir a un solo asesino no fuera bastante, más de 2000 investigadores de las policías federal y local.

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.

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"

"Era muy sencillo, los veía de la misma forma en que una bestia contempla a los corderos".