Theo hồ sơ vụ án, khoảng 13h ngày 26/5/2009, Phòng Cảnh sát điều tra tội phạm về trật tự xã hội, Công an TP Hà Nội nhận được tin báo của Công an huyện Mê Linh về việc, khoảng 7h sáng cùng ngày, người dân đi đánh cá đã phát hiện một xác người chết đang trong thời gian phân hủy tại cánh đồng Cùm, xóm Hòa Bình, thị trấn Chi Đông, huyện Mê Linh.
Hiện trường phát hiện vụ việc tại một chuôm nước ngập bèo tây, khi người đánh cá vớt đám bèo đã bàng hoàng phát hiện một xác chết và lập tức báo cho Công an thị trấn Chi Đông.
Phát hiện xác chết có dấu hiệu hình sự nên Công an huyện Mê Linh báo về phòng kỹ thuật hình sự, Công an TP Hà Nội. Các cán bộ công an đã ngay lập tức có mặt tại nơi tìm thấy xác nạn nhân.
Khám nghiệm cho thấy nạn nhân là nữ giới, khoảng 30 tuổi, chưa rõ danh tính, cơ thể đang trong thời kỳ phân hủy mạnh. Nạn nhân mặc áo thun dài tay, có cổ màu xanh, quần bò màu đen. Trên áo có 4 vết rách thủng hình khe 1,5cm, vùng đầu và mặt đã bị hoại tử, lưng phải có vết thương hình khe, vùng thắt lưng có vết thương... Kết luận nạn nhân chết do mất máu cấp, đã chết khoảng 70 ngày trước thời điểm phát hiện thi thể.
Giám đốc Công an TP Hà Nội thành lập chuyên án truy xét, áp dụng các biện pháp nghiệp vụ, tập trung lực lượng tổ chức điều tra. Do vụ việc xảy ra đã lâu nên công tác khám nghiệm hiện trường, khám nghiệm tử thi không có nhiều thông tin. Những trinh sát, điều tra viên có kinh nghiệm vào cuộc để xác minh tung tích nạn nhân.
Công an TP Hà Nội đã được Công an tỉnh Vĩnh Phúc thông báo về việc đơn vị này đang truy tìm tung tích chị Bùi Thị Ng. (SN 1981, trú tại huyện Kim Bôi, Hòa Bình, tạm trú tại xã Phúc Thắng, Phúc Yên, Vĩnh Phúc, là nhân viên bán hàng cho một cây xăng ở Phúc Yên) bị mất tích từ ngày 16/3/2009.
Từ việc chị Ng. mất tích, độ tuổi tương đương với nạn nhân đã được phát hiện tại cánh đồng Cùm, lực lượng điều tra đã mời gia đình chị Ng. đến nhận dạng và gửi mẫu ADN đến viện Khoa học hình sự Bộ Công an. Kết quả cho thấy, tử thi chính là chị Ng. Nạn nhân đã được xác định, hướng điều tra đã được mở ra.
Không quản ngày đêm, các trinh sát đã chia quân đi các hướng quyết tâm tìm ra thủ phạm. Công an huyện Mê Linh, huyện Phúc Yên (Vĩnh Phúc) và Kim Bôi (Hòa Bình) cũng vào cuộc tích cực, đội trọng án Công an TP Hà Nội là lực lượng nòng cốt. 1 nhân chứng tại gần nơi thuê trọ của chị Ng. đã nhìn thấy và tả về một thanh niên đi cùng chị ngay trong buổi tối nạn nhân mất tích.
Quá trình điều tra xác định, Nguyễn Hải Hoàng (SN 1986) quen biết với chi Ng. và đã vài lần đi chơi với nhau. Hoàng biết chị Ng. là nhân viên bán xăng và luôn mang nhiều tiền bên người.
Khoảng 19h tối 16/3, Nguyễn Anh Tuấn (SN 1986) và Nguyễn Hải Hoàng cùng ở thôn Bảo Tháp, Kim Hoa, Mê Linh, Hà Nội đã bàn bạc để thực hiện hành vi phạm tội.
Đến nơi thuê trọ của chị Ng, Hoàng bảo Tuấn về trước chuẩn bị hung khí gồm dao và dây thừng còn Hoàng đến rủ chị Ng đi dự sinh nhật. Tuấn cầm lái chở Hoàng ngồi giữa, chị Ng ngồi sau. Khi đến nghĩa trang thôn Bảo Tháp, Hoàng dừng xe, Tuấn dùng tay bịt miệng chị Ng, Hoàng dùng dao đâm liên tiếp vào lưng nạn nhân. Chúng lấy ví tiền, điện thoại, xe máy rồi phi tang xác.
Theo các điều tra viên, khi nhận ra tội lỗi của mình, Nguyễn Anh Tuấn đã thành khẩn và ăn năn. Những ngày chờ thi hành án là những ngày rất dài với Tuấn, hắn luôn bị ám ảnh về tội lỗi mà mình đã gây ra.
Còn Nguyễn Hải Hoàng đã tự sát ít ngày sau khi bị bắt.
Nguyễn Anh Tuấn cũng bị tuyên án tử hình và bị ám ảnh suốt thời gian giam giữ.
