Polisen utreder Russell Peacheys död, 35, som hittades i Grangetown omkring kl. 04.20 BST på lördag.
De söker nu efter James Mark Williams, 31, från Barry i samband med hans död.
En 37-årig man från Barry blev den tredje mannen som greps i samband med mordet på måndag.
Alla tre är kvar i förvar.
Polisen letar efter en man från Glamorgans val i samband med en mordsond i Cardiff.