Theo hồ sơ vụ án, khoảng 18h ngày 19/11/2009, ông N. trú thị xã Phú Thọ, Phú Thọ, đi làm về gọi vợ nhưng không thấy trả lời. Ở thành giếng, gạo đổ vung vãi bất thường, ông N. nghi chuyện chẳng lành nên trình báo sự việc với Công an, nhờ hàng xóm đi tìm.
Mở nắp miệng giếng được đậy kín bằng hai tấm xi măng, nhà chức trách phát hiện xác bà L. (46 tuổi, vợ ông N.) ở bên trong. Tại hiện trường, cảnh sát thu một viên gạch dính máu, bờ tường gần đó có dấu bàn tay dính máu, nghi của hung thủ.
Giám định pháp y kết luận, bà L. bị đánh vào đầu dẫn tới chấn thương sọ não, sau khi ném xuống nước mới tử vong. Nghi vấn ban đầu là vụ trộm cắp tài sản, song không có vật gì bị mất.
Liệu hung thủ là ai, có mâu thuẫn, thù tức gì với nạn nhân mà ra tay tàn độc như vậy... là những câu hỏi làm "đau đầu" điều tra viên. Ban chuyên án nghi ngờ hung thủ là người thân quen, bởi chỉ họ mới có thể biết được thời điểm bà L. ở nhà một mình để ra tay.
Lấy lời khai những người nghi vấn, Công an được cung cấp thông tin, trưa 19/11/2009, ông N. đón một người cháu tới chơi. Trong bữa cơm, vị khách hỏi vay tiền chủ nhà. Người hàng xóm tên Lê Trung Sơn (22 tuổi) sang hút thuốc lào đã chứng kiến việc này.
Người cháu ông N. và Sơn được triệu tập, song đều đưa ra chứng cứ ngoại phạm. Trong lúc mọi việc đang "rối như tơ vò", trinh sát tìm thấy ở bìa rừng gần hiện trường có một cây gậy bạch đàn dính máu. Vết máu sau đó được xác định trùng với máu nạn nhân.
Cảnh sát tới từng nhà dân, tìm xung quanh cánh rừng để xem có vết chặt nào trùng khớp với cây gậy vừa thu được hay không. "Nút thắt" như được tháo mở, kiểm tra tại đống củi bạch đàn ở nhà Sơn, trinh sát tìm thấy một đoạn cây bạch đàn nghi trùng khớp với chiếc gậy dính máu. Đưa ra đối chiếu thì đúng cùng một thân cây. Cảnh sát còn thu trong bếp một con dao với vết mẻ còn mới.
Lật lại một số lời khai ban đầu của Sơn, điều tra viên thấy không khớp. Theo người nhà, Sơn chuẩn bị cưới vợ, hiện đi đâu không rõ. Xâu chuỗi nhiều tình tình tiết, nhà chức trách khẳng định Sơn là nghi can chính. Chiều 24/11/2009, nhận tin anh ta đang ở thị xã Phú Thọ, cảnh sát siết vòng vây bắt giữ Sơn.
Sơn khai là hàng xóm với nạn nhân, thường sang hút thuốc lào. Đầu tháng 11/2009, Sơn biết ông N. được nhà nước cho vay tiền xóa đói giảm nghèo để xây nhà. Đang lúc cần thêm tiền để cưới vợ, anh ta nhìn thấy chỗ cất tài sản nên nảy lòng tham.
Chiều 19/11/2009, biết bà L. ở nhà một mình, Sơn chặt một đoạn bạch đàn trong đống củi, lẻn vào nấp trong phòng. Anh ta tìm chỗ cất tiền song không tìm thấy bởi ông N. đã mang đi trả nợ.
Sơn ra giếng nơi bà L. đang vo gạo, doạ nạt bắt đi vào chỉ chỗ cất tiền. Khi bị từ chối, anh ta cầm gạch đập vào đầu. Sợ nạn nhân hô hoán, anh ta dùng gây bạch đàn tấn công, mở nắp giếng vứt thi thể.... Để tạo chứng cứ ngoại phạm, Sơn về nhà xin bố 20.000 đồng, sau đó sang nhà vợ sắp cưới chơi.
Tại phiên sơ thẩm mở năm 2010, TAND tỉnh Phú Thọ tuyên phạt Sơn án tử hình về tội Giết người.
