Nạn nhân là ông Đào Cư Đ. (SN 1957, trú tại quận Hà Đông, Hà Nội), hành nghề xe ôm tại khu vực bến xe Mỹ Đình. Theo điều tra, ngày 20/8, anh Đào Cư S. (con trai ông Đ.) đến Công an quận Nam Từ Liêm trình báo về vụ mất tích bí ẩn của bố mình. Khi đi, ông Đ. có mang theo 1 xe máy Honda Dream, 1 điện thoại di động và đồng hồ Omega màu vàng cùng một số giấy tờ tùy thân.
Bằng các biện pháp nghiệp vụ, Công an quận Nam Từ Liêm đã xác định ông Đ. có cấp cứu tại Bệnh viện Xanh Pôn vào 15h15 ngày 19/8 (do Bệnh viện 354 Bộ Quốc phòng chuyển sang) trong tình trạng hôn mê sâu. Chiều 21/8, ông Đ. được chuyển đến điều trị tại Bệnh viện Bạch Mai. Đến 14h ngày 24/8, gia đình đã đưa ông Đ. về nhà và ông đã tử vong tại nhà. Công an quận Nam Từ Liêm phối hợp phòng PC45 và công an quận Hà Đông tiến hành pháp y tử thi nạn nhân, xác định nạn nhân tử vong do bị đầu độc. Số tài sản ông Đ. mang theo người đã bị mất.
Quá trình điều tra, các trinh sát nhận thấy trước đó nạn nhân được một phụ nữ bịt khẩu trang đưa vào cấp cứu tại đây. Họ tên nạn nhân được thay đổi thành Nguyễn Xuân Hùng.
Đặc biệt, chi tiết đối tượng nữ ghé sát tai nói gì đó với nạn nhân trước khi tháo đồng hồ và lấy ví bỏ đi khiến các trinh sát nhận định người này phải có mối quan hệ thân thiết với nạn nhân. Công an xác định, đối tượng tình nghi nhất chính là Nguyễn Thị Lan. Lan từng có 2 tiền án liên quan đến mua bán trái phép chất ma túy, mới ra tù vào 10/5/2014.
Tiếp tục rà soát, xác minh, các trinh sát đã bắt giữ Lan và người liên quan là Nguyễn Thị Thu. Bước đầu, Lan khai từng là bạn tù với Thu từ năm 2005. Sau khi Lan ra tù vào tháng 5/2014 đã về ở cùng nhà với Thu tại xã Tự Nhiên. Mới đây, Lan kể cho Thu nghe có 1 người đàn ông làm nghề xe ôm thích mình. Lòng tham nổi lên, Thu và Lan đã cùng bàn bạc lên kế hoạch cho ông Đ. uống thuốc mê để trộm cắp tài sản.
Ngày 10/8, Thu đưa cho Lan một lon nước ngọt và đến ngày 19/8, khi nhận được điện thoại của ông Đ. hẹn gặp nhau, Lan đã mang theo. Trên đường đến nhà nghỉ ở đường Lạc Long Quân (quận Tây Hồ), để tránh sự nghi ngờ của ông Đ., Lan đã bảo ông Đ. dừng xe mua nước và đã chọn đúng lon nước có hình dáng, nhãn mác như lon nước chứa thuốc mê. Đến nhà nghỉ, lợi dụng lúc ông Đ. đi tắm, Lan đã tráo đổi 2 lon nước ngọt. Ông Đ. vừa uống xong thì bị đau đầu, buồn nôn. Sợ chuyện xấu xảy ra, Lan đã nhờ nhân viên lễ tân nhà nghỉ gọi taxi đưa ông Đ. đi cấp cứu tại Bệnh viện 354.
Tại đây, thừa lúc bác sỹ không để ý, Lan đã tháo đồng hồ, lấy ví tiền và điện thoại của ông Đ., quay về khách sạn trả tiền phòng và lấy xe máy của ông Đ. Sau khi lấy được xe, Lan đi về nhà Thu ở Thường Tín và nhờ một người cùng xã bán hộ xe máy được 17,4 triệu đồng, chia cho Thu 8 triệu đồng vì đã có công cùng bàn bạc. Khám xét khẩn cấp tại nhà Thu, công an phát hiện 7,389g ma túy tổng hợp, 12 gói nhỏ heroin có trọng lượng 31,281g.