Cancemi fu coinvolto nei preparativi e nelle esecuzioni degli omicidi dei magistrati antimafia Giovanni Falcone e Paolo Borsellino nel 1992. Fece da vedetta alla squadra che piazzò e fece esplodere la bomba a Capaci che uccise Falcone, sua moglie e tre uomini della sua scorta sull'Autostrada A29. Cancemi inizialmente negò di aver partecipato all'omicidio di Borsellino, ma dovette ammettere il suo coinvolgimento quando altri pentiti confermarono la sua partecipazione.