Cùng ngày, Cơ quan CSĐT Công an TP HCM đã ra quyết định khởi tố vụ án, khởi tố bị can, ra lệnh bắt bị can để tạm giam đối với Nguyễn Đăng Khoa về tội Cướp tài sản, Giết người, Hiếp dâm. Các quyết định và lệnh trên đã được Viện KSND cùng cấp phê chuẩn.

Theo thông tin ban đầu, vào chiều 9/2 (tức 30 Tết), Công an phường Tăng Nhơn Phú B, nhận tin báo của chị Vi Thị H. (ngụ tỉnh Đồng Nai, chị gái của T.) về việc em gái đã mất tích, gia đình không liên lạc được từ chiều 8/2 (tức 29 Tết).

Công an phường Tăng Nhơn Phú B đã cử lực lượng xuống nhà trọ để xác minh thông tin và tổ chức truy tìm tung tích chị T. Xe mô tô, quần áo, đồ dùng cá nhân của cô gái trẻ vẫn còn trong phòng trọ, không có sự xáo trộn bất thường.

Lực lượng chức năng tiếp tục áp dụng các biện pháp truy tìm và thu thập hình ảnh camera nhà trọ, ghi nhận chị Vi Thị T. không ra khỏi phòng từ khoảng 14h ngày 8/2 (tức 29 Tết). Đồng thời xác định chị T. vẫn chưa về nhà tại xã Sông Ray, huyện Cẩm Mỹ, tỉnh Đồng Nai.

Từ kết quả báo cáo của Công an TP Thủ Đức, Ban Giám đốc Công an TP HCM nhận định vụ việc có nghi vấn nạn nhân bị xâm hại.

Ngày 12/2 (nhằm mùng 3 Tết), Giám đốc Công an TP HCM đã phân công Thiếu tướng Mai Hoàng, Phó Giám đốc, Thủ trưởng Cơ quan CSĐT Công an TP HCM trực tiếp chỉ đạo xác lập chuyên án nhằm tăng cường lực lượng của các Phòng nghiệp vụ Cảnh sát, kỹ thuật hình sự, kỹ thuật nghiệp vụ phối hợp Công an TP Thủ Đức; áp dụng đồng bộ các biện pháp nghiệp vụ khẩn trương xác minh, nhanh chóng làm rõ bản chất vụ việc và truy tìm tung tích nạn nhân.

Ngay sau đó, Công an TP HCM đã triển khai 6 tổ công tác khẩn trương rà soát hiện trường tại khu vực nhà trọ, các địa điểm có liên quan và xác minh thông tin các cá nhân ở cùng khu vực nhà trọ của chị T., cũng như các đầu mối thông tin khác tại nhiều địa phương.

Qua điều tra, kết quả nổi lên đối tượng Nguyễn Đăng Khoa (25 tuổi, ngụ cùng khu nhà trọ với nạn nhân) có nhiều biểu hiện bất thường. Sau 24 giờ khẩn trương truy xét, lực lượng phá án truy bắt được Khoa khi đang lẩn trốn tại xã Cát Khánh, huyện Phù Cát, tỉnh Bình Định, di lý về Cơ quan CSĐT Công an TP HCM để tập trung đấu tranh, làm rõ.

Qua điều tra xác định, khoảng 15h chiều 8/2, sau khi dẫn dụ nạn nhân qua phòng trọ của mình với lý do phụ giúp dọn đồ đạc, Nguyễn Đăng Khoa đã khóa cửa phòng trọ, dùng dao đe dọa, uy hiếp T. nhằm mục đích cướp tài sản.

Tại đây, Khoa dùng vũ lực tấn công và sử dụng dao đâm, dẫn đến cái chết của chị T. Ngay sau đó, Khoa tiếp tục thực hiện hành vi hiếp dâm đối với nạn nhân; rồi chiếm đoạt nhiều nữ trang bằng vàng và 3 triệu đồng trong túi của T.

Để che dấu hành vi phạm tội, Khoa dùng dao phân tử thi của nạn nhân thành nhiều phần, bỏ vào túi nylon đen, đem đi phi tang tại khu vực bụi cây rậm rạp ven đường nội bộ khu công nghệ cao TP Thủ Đức (thuộc phường Tăng Nhơn Phú A, TP Thủ Đức).

Căn cứ kết quả khám nghiệm hiện trường, khám nghiệm tử thi, kết quả giám định và tài liệu chứng cứ thu thập được, Công an TP HCM cho rằng đã có đủ căn cứ và cơ sở khoa học khẳng định đối tượng Nguyễn Đăng Khoa đã thực hiện hành vi cướp tài sản, giết người và hiếp dâm đối với chị Vi Thị T. vào khoảng 15h chiều 8/2 (nhằm ngày 29 Tết).