Thuận là đối tượng trong một chuyên án trinh sát do Phòng CSĐT tội phạm về ma túy (PC47) Công an tỉnh Phú Yên xác lập và khám phá tháng 11/2012, sau đó chuyển giao cho Công an TP Tuy Hòa điều tra theo thẩm quyền. Do Thuận đã lẩn trốn nên cơ quan điều tra ra quyết định truy nã đặc biệt trên toàn quốc từ ngày 23/5.
Sau khi tiếp nhận hồ sơ truy nã đối tượng này, Đại úy Đỗ Minh Dương - Đội trưởng Đội truy nã hệ trật tự xã hội Phòng Cảnh sát truy nã tội phạm (PC52) Công an tỉnh Phú Yên cùng Thượng sĩ Nguyễn Văn Lừng xác minh, dò tìm nhiều nơi. Và từ nguồn tin trinh sát, ngày 5/7, Đại úy Dương và Thượng sĩ Lừng ngược lên Tây Nguyên phối hợp với các đồng nghiệp ở Phòng PC52 Công an tỉnh Gia Lai vây bắt Lê Văn Thuận khi hắn đang ẩn mình bằng vỏ bọc công nhân một cửa hiệu sản xuất cửa sắt ở đường Nguyễn Viết Xuân, phường Hội Phú, TP Pleiku