Theo kết quả điều tra ban đầu, dù đã chia tay nhưng trước thời điểm gây án, Hiếu thấy chị N. đăng những hình ảnh trên mạng xã hội với người bạn trai khác thì tỏ ra ghen tuông. Hiếu tìm hiểu thì biết chị N. sắp lấy chồng nên vô cùng thù tức. Hiếu đón xe từ Gia Lai xuống, thuê phòng trọ tại đường số 8, P.11, Q.Gò Vấp.
Tối 31/5 Hiếu rủ chị N. đi uống nước cùng một số người bạn rồi điều khiển xe gắn máy của chị N., chở chị về phòng trọ. Tại đây chị N. cũng thông báo với Hiếu, sẽ là lần gặp cuối cùng của 2 người rồi chị có cuộc sống, hạnh phúc riêng. Hiếu không cam chịu, muốn nối lại tình cảm nhưng chị N. cương quyết.
Rạng sáng 1/6 khi chị N. đang say ngủ, Hiếu đã dùng dây siết cổ khiến nạn nhân tử vong. Đáng nói sau khi gây án, Hiếu để thi thể chị N. trong phòng trọ trong thời gian dài, đến trưa 2/6 mới thực hiện việc phân xác để mang đi phi tang, nhằm che giấu tội ác.
Tối 2/6 Hiếu dùng xe gắn máy của chị N., chở các túi xách, ba lô chứa các đoạn thi thể của chị lên Tây Ninh tìm chỗ phi tang.
Tại Tây Ninh, sáng 3/6 Hiếu liên hệ rồi ngồi nhậu với người bạn tên S. (ngụ huyện Gò Dầu, tỉnh Tây Ninh). Sau đó, Hiếu gửi cho anh S. chiếc xe gắn máy nhờ bán dùm, nhưng anh này chưa liên hệ để bán.
Sáng 4/6, Hiếu gọi anh S. thông báo sẽ đến chơi, gửi 1 số đồ đạc nhưng anh S. không có nhà. Khi trở về, anh S. thấy Hiếu có gửi một balô, bao nilong, valy; còn Hiếu điều khiển xe gắn máy khác cũng chở theo nhiều balô, valy… nói là đi công việc, sẽ quay lại sau để lấy các đồ đạc đã gửi.
Quá trình đến gần xe gắn máy của Hiếu, anh S. ngửi thấy mùi hôi thối và tình cờ chạm vào một túi xách thì nhận thấy có một vật giống như chân người. Anh S. không hỏi trực tiếp Hiếu mà khi đối tượng này vừa rời đi, anh lập tức trình báo công an địa phương.
Công an huyện Gò Dầu có mặt, tiến hành kiểm tra các valy, túi xách.. mà Hiếu gửi tại nhà anh S. và phát hiện có 2 con dao phay, nhiều nữ trang, giấy tờ cá nhân mang tên chị Đ.Y.N, ngụ ở xã Quy Đức, huyện Bình Chánh. Từ thông tin trên giấy tờ, Công an huyện Gò Dầu đã liên lạc với Công an xã Quy Đức, Công an huyện Bình Chánh thì mới hay tin, chị N. đã mất tích nhiều ngày, gia đình và các đơn vị này đang tổ chức tìm kiếm nhưng chưa có kết quả.
Công an huyện Gò Dầu tình nghi Hiếu có liên quan đến sự mất tích của chị N. nên đón lỏng và sau đó bắt giữ được khi đối tượng này đang ngồi uống nước tại quán cà phê trên địa bàn.
Qua đấu tranh, Hiếu đã thừa nhận hành vi sát hại chị N. rồi phân xác tại nhà trọ và mang các đoạn thi thể lên vứt bỏ tại khu vực vắng vẻ thuộc xã Long Chữ, huyện Bến Cầu, tỉnh Tây Ninh.
Công an huyện Gò Dầu một mặt thông báo sự việc gấp đến Công an Quận Gò Vấp và mặt khác áp giải Hiếu đến vị trí Hiếu khai báo đã vứt các đoạn thi thể. Tại đây, Công an đã tìm thấy một số đoạn thi thể người. Công an Quận Gò Vấp và các phòng nghiệp vụ Công an TP HCM đã kiểm tra phòng trọ thu giữ nhưng dấu vết, vật chứng quan trọng. Đến nay cơ quan công an đã làm rõ các tình tiết liên quan đến vụ án.