Theo hồ sơ vụ án, ngày 2/7/2015, trong lúc đánh cá tại khe Cạn Tả, người dân bản Phồng, xã Tam Hợp, huyện Tương Dương, tỉnh Nghệ An, bàng hoàng phát hiện nhiều thi thể người chết nằm rải rác khắp nơi.
Danh tính các nạn nhân nhanh chóng được xác định là anh Lo Văn Thọ (28 tuổi), bà Viêng Thị Dương (mẹ anh Thọ 60 tuổi), chị Lê Thị Yến (25 tuổi, vợ anh Thọ) và con trai anh Thọ (8 tháng tuổi).
Ngày 3/7/2015, lực lượng chức năng hoàn tất công tác khám nghiệm thi thể của 4 nạn nhân. Kết quả khám nghiệm khẳng định, cả 4 người trong gia đình anh Lo Văn Thọ bị sát hại, thi thể của các nạn nhân có nhiều vết chém.
Xét tính chất phức tạp của vụ việc, Công an huyện Tương Dương đã điện báo lên công an tỉnh Nghệ An xin ý kiến chỉ đạo và phối hợp điều tra. Ngay lập tức chuyên án mang số 715G được xác lập, một tổ công tác của Phòng cảnh sát điều tra tội phạm về trật tự xã hội lập tức nhận lệnh xuất phát lên xã Tam Hợp ngay trong chiều 3/7/2015.
Tuy nhiên vào cuộc điều tra, lực lượng chức năng gặp rất nhiều khó khăn bởi nơi xảy ra án mạng là rừng sâu, không có người chứng kiến. Cũng như bao hộ khác trong bản, gia đình nạn nhân Lo Văn Thọ thường vào rừng dựng lán làm nương rẫy, có khi cả năm không về bản nên rất khó xác định mối quan hệ.
Theo thông tin thu được từ người dân bản Phồng, anh Lo Văn Thọ là một người hiền lành, sống khép kín và không có mâu thuẫn với ai. Gia đình anh là một trong những hộ nghèo nhất của bản. Và hơn 2 tuần sau khi vụ án xảy ra, manh mối về đối tượng vẫn chưa rõ ràng, các trinh sát vẫn bám trụ hiện trường. Nhiều chốt chặn được lập ra, nhằm truy bắt kẻ gây án.
Xác định đây là vụ án đặc biệt nghiêm trọng, Công an tỉnh Nghệ An đã báo cáo Thường trực Tỉnh ủy, lãnh đạo Bộ Công an để xin ý kiến chỉ đạo và phối hợp điều tra. Nhận được chỉ đạo từ Bộ Công an, các thành viên trong ban chuyên án tiếp tục tích cực vào cuộc. Lúc này kết quả giám định từ dấu vết hung thủ để lại trên người nạn nhân của Viện khoa học hình sự - Bộ Công an đã giúp cho ban chuyên án khoanh vùng được đối tượng nghi vấn.
Từ những thông tin thu thập được, đối tượng có tên Vi Văn Hai (SN 1995, trú bản Phồng, xã Tam Hợp, huyện Tương Dương) là một trong những nghi can chính bị lực lượng điều tra theo sát. Trong quá trình điều tra, trinh sát thu thập được thông tin, trưa 2/7/2015, trong bữa tiệc liên hoan tại nhà bố đẻ, Hai bỏ dở cuộc nhậu đi ra ngoài khoảng hơn một tiếng đồng hồ. Sau đó thanh niên này có mang về 3 quả chanh đưa cho mọi người.
Tiếp tục củng cố hồ sơ, tài liệu thu thập được, ban chuyên án có đầy đủ chứng cứ xác định Vi Văn Hai là đối tượng gây ra vụ thảm sát tại bản Phồng. Và sau 17 ngày kiên trì, lần theo manh mối, 18h ngày 19/7/2015, lệnh bắt khẩn cấp Vi Văn Hai được thực hiện.
Theo lời khai của Vi Văn Hai, trưa 2/7/2015, gia đình anh ta nhờ một số người trong bản đi kéo gỗ về để dựng nhà. Sau khi dựng xong, nhà Hai tổ chức liên hoan cảm ơn mọi người đến giúp. Khi làm cơm do thiếu chanh, thanh niên này đi tới lán của anh Lo Văn Thọ hái quả. Sau đó, Hai vào lán của anh Thọ xin muối ăn. Tại đây, Hai xảy ra mâu thuẫn với anh Thọ.
Lúc này mẹ anh Thọ là bà Dương nghe vợ chồng anh Thọ cãi vã liền đi lên can ngăn rồi bỏ xuống khe suối tắm. Sau đó, chị Yến cũng dìu con rời lán, bỏ ra con suối gần nhà. Sau đó, Hai và anh Thọ ở trong lán tiếp tục mâu thuẫn, Hai cầm chính con dao cắt chanh mượn của gia đình nạn nhân chém anh Thọ ngã xuống đất. Trên đường đuổi theo chị Yến, Hai phát hiện bà Chương đang tắm nên đã tới cứa cổ nạn nhân.
Chị Yến sợ hãi bỏ chạy bị vấp hàng rào ngã, Hai chạy tới cửa cổ hai mẹ con nạn nhân chết ngay bên bờ suối. Một ngày sau khi đối tượng bị bắt, cơ quan chức năng đã tìm được con dao gây án cách hiện trường khoảng 500 mét.
Ngày 30/9/2015, TAND tỉnh Nghệ An mở phiên tòa sơ thẩm, xét xử lưu động tại hội trường Trung tâm Văn hóa - Thông tin huyện miền núi Tương Dương và tuyên án tử hình đối với Vi Văn Hai về tội "Giết người". Sau đó, Hai có đơn kháng cáo xin giảm nhẹ hình phạt xuống tù chung thân. Phía gia đình bị hại không có đơn kháng cáo.
Đến 28/6/2016, Tòa án cấp cao tại Hà Nội mở phiên tòa phúc thẩm, xử lưu động tại Hội trường xét xử TAND tỉnh Nghệ An. Tuy nhiên, tại phiên tòa phúc thẩm, bị cáo Vi Văn Hai bất ngờ xin rút đơn kháng cáo, chấp nhận bản án tử hình mà tòa sơ thẩm đã tuyên từ trước.
