Несмотря на возмущенные возгласы, Клаудиа Брокман настояла на своем выводе, и руководители следственной группы решили отработать и это направление. В конце ноября началось скрытое наблюдение полиции за теми служащими клиники, кто имел наиболее частые встречи с Томасом Хольстом. И тут в поле зрения сыщиков попала врач-терапевт Тамара Сегал.
К середине декабря сыщики, наблюдавшие за Сегал, имели несколько важных улик, бросавших тень подозрения на эту женщину. Во-первых, им показалось странным, что та сняла со своего личного счета сразу 250 тысяч марок и купила три билета на самолет, следовавший курсом на Израиль. Во-вторых, в клинике нашлись свидетели того, как вела себя Тамара Сегал по отношению к Томасу Хольсту. Судя по этим рассказам, эти отношения выходили далеко за рамки того, как принято себя вести врачу с пациентом. Суммировав все данные, полицейские приняли решение задержать Тамару Сегал. И в этом случае огромную роль сыграла Клаудиа Брокман, которая позднее объяснила: "Мы сделали ставку на то, чтобы отрезать Хольсту канал материального снабжения. По нашему прогнозу, после этого он должен был явиться к нам добровольно..."
И действительно 30 декабря 1995 года была задержана Тамара Сегал, а уже на следующий день Томас Хольст покинул свое жилище, прошел 800 метров, отделявшие его убежище от штаб-квартиры гамбургской полиции, и сдался в руки властей. Это было тем более удивительно, так как при себе он имел 157 тысяч марок и вполне мог бы с такими деньгами удариться в бега. Однако он этого не сделал, видимо понимая, что конечным результатом бегства будет или пуля полицейских или наручники. Ряд наблюдателей утверждали, что решение сдаться пришло к Хольсту... из-за любви к Тамаре Сегал. Не в силах вынести разлуку с ней и мучимый угрызениями совести, что женщина пострадала из-за него, Хольст не стал искушать судьбу и сдался на милость властей. Именно этим, видимо, можно объяснить то, что в своих показаниях он так и не выдал полиции свою соучастницу, заявив, что побег совершил в одиночку в знак протеста против жестоких условий содержания в клинике. Однако его возлюбленной это не помогло: полугодовой роман с маньяком завершился для нее тюремным заключением.
