Khoảng 20h ngày 24/8/2008, cô gái khoảng 16-17 tuổi bước vào Công an phường Quang Trung, thành phố Quy Nhơn khóc nấc, khai báo vừa bị một thanh niên cưỡng bức, cướp điện thoại di động và 70.000 đồng. Cô cho hay khoảng 19h đang đứng ở trạm xe buýt chờ về nhà thì một thanh niên mời chào đi xe ôm "lấy giá rẻ”.
Người thanh niên cho xe qua khỏi ngã năm Đại học (bùng binh giao nhau của đường Nguyễn Huệ - Ngô Mây - Nguyễn Tất Thành - An Dương Vương - Diên Hồng) đi một đoạn nữa đến ngã ba thì dừng lại, bảo cô đứng chờ. Một lát sau anh ta quay lại đưa mũ bảo hiểm cho rồi tiếp tục cho xe chạy. Lên đến dốc núi, anh ta dừng xe, rút dao gí vào cổ cô bắt đứng im. Sau khi lục lấy tiền, điện thoại di động, gã giở trò đồi bại rồi bỏ cô một mình giữa dốc núi tối đen.
Để xác định con đường tên cướp chở thiếu nữ đi qua, ban đêm đúng vào giờ cô gặp tên cướp, các điều tra viên thay nhau đóng vai xe ôm chở cô đi dạo. “Hình như con đường này. Nhưng... nhưng sao lại có bãi cỏ ở đây, chắc không phải chú ơi”, cô nhiều lần làm anh em điều tra viên mừng hụt. Đến ngày thứ 9, khi chạy qua ngã ba Hoàng Văn Thụ - Xuân Thủy, cô kêu lên: “Dừng lại! Dừng lại chú ơi! Đây rồi. Khi ổng bảo cháu xuống xe, cháu đứng bên gốc cây kia. Dưới gốc cây có cục đá to. Cháu còn nhớ mà!”.
Đúng như lời cô, gốc cây hoa sữa có tảng đá to cỡ một vòng tay người lớn. Ngã ba này dẫn vào Xóm Tiêu. Địa điểm cần tìm đã được xác định, công tác điều tra tiến hành theo hướng nhận định nghi can nếu không phải là dân Xóm Tiêu (thuộc khu vực 7 và 8, phường Quang Trung, thành phố Quy Nhơn) thì cũng có người quen ở đây.
Tổ công tác phối hợp với Công an phường Quang Trung xác minh, sàng lọc từng người trong số những thanh niên có nhân dạng, đặc điểm và sử dụng loại môtô như nạn nhân mô tả. Hàng chục người sau khi bí mật kiểm tra thông qua các biện pháp nghiệp vụ đã được loại khỏi danh sách.
Cuối cùng còn lại Nguyễn Văn Thâm (sinh năm 1976, ở KV7, phường Quang Trung). Mặc dù, qua phản ánh của bà con, Thâm hiền lành, chăm chỉ, nhưng tài liệu thu thập được không cho phép trinh sát bỏ qua người này. Lúc này, Thâm đang trên tàu đánh cá tại vùng biển phía Nam, cách Quy Nhơn cả ngàn cây số. Anh ta rời Quy Nhơn sau một ngày xảy ra vụ án. Kế hoạch bí mật giám sát nhằm kịp thời áp dụng các biện pháp điều tra cần thiết khi Thâm xuất hiện ở địa phương, được lãnh đạo Công an thành phố Quy Nhơn phê duyệt và triển khai ngay sau đó.
Sáng 26/9/2008, phát hiện Thâm có mặt tại nhà, điều tra viên mang giấy triệu tập đến và trực tiếp đưa về trụ sở. Thâm lúc đầu lộ rõ vẻ sợ sệt, nhưng sau đó bình tĩnh trả lời câu hỏi của điều tra viên, trong lời khai luôn kèm theo chứng cứ chứng minh ngoại phạm... Đến cuối buổi làm việc, anh ta nói: “Vì thương em nên tôi cố che giấu sự thật. Bây giờ tôi xin khai rõ ràng. Người gây ra vụ cướp là em ruột tôi”.
Em của Thâm sinh năm 1980, ở Xóm Tiêu, phường Quang Trung có nhân dạng, đặc điểm giống tên cướp mà nạn nhân mô tả. Trong quá trình truy xét, tổ công tác đã đưa anh ta vào diện điều tra, nhưng sau đó loại khỏi danh sách nghi vấn. Nếu lời khai của Thâm đúng sự thật thì đây là một sai lầm lớn trong công tác điều tra.
Khi bị triệu tập, em của Thâm dường như đã được chuẩn bị tâm lý trước. Vì thế chỉ sau một thoáng do dự, anh ta thú nhận đã gây ra vụ cướp, hiếp dâm tại sườn núi Bà Hỏa vào đêm 24/8/2008. Nhiều người trong tổ công tác thở phào nhẹ nhõm, thủ phạm đã rõ, vụ án đã kết thúc giai đoạn điều tra truy xét. Nhưng ngược lại với sự hân hoan đó, những điều tra viên từng trải tỏ ra băn khoăn, anh này càng khai càng đi xa với những gì diễn ra trên dốc núi Bà Hỏa.
“Đây không phải là thủ phạm gây ra vụ cướp tài sản, hiếp dâm, nhưng tại sao anh ta nhận tội?”, lãnh đạo Công an thành phố Quy Nhơn kết luận sau khi nghe tổ công tác báo cáo và yêu cầu họ nhanh chóng làm rõ nghi vấn đó. Cuộc đấu tranh với em của Thâm lại được tiếp tục. Vừa đặt câu hỏi, điều tra viên vừa động viên phân tích để anh ta hiểu rõ việc làm và trách nhiệm pháp lý của mình. Cuối cùng, anh này nghẹn ngào nói: “Anh tôi còn có vợ con. Tôi muốn thay anh nhận tội...”.
Theo đó, ngày 23/9/2008, đang đánh cá tại vùng biển Bà Rịa - Vũng Tàu, anh ta nhận điện thoại của anh ruột bảo về gấp và hẹn gặp nhau tại Bến xe trung tâm Quy Nhơn trước khi về nhà. Tuy không hiểu việc gì xảy ra, nhưng anh ta thấy trong lời nói vội vàng, úp mở của anh mình có điều gì đó nghiêm trọng nên vội vàng làm theo.
Gặp nhau tại quán cà phê gần đó, Thâm bảo: “Em thương anh phải không. Hãy giúp anh. Chỉ có em mới giúp được anh”. Nghe Thâm thuật lại câu chuyện, vì thương anh, thương cháu, cậu ta đã nhận lời.
Khi biết việc dàn dựng bại lộ, Thâm đã phải khai nhận sự thật. Hôm đó, trên đường đi thăm người quen Thâm tranh thủ làm cuốc xe ôm kiếm ít tiền. Trên đường chở cô gái, Thâm nảy sinh tà tính nên ghé về nhà lấy con dao và nhân tiện lấy mũ bảo hiểm đưa cho cô này đội.
Sau khi gây án, "yêu râu xanh" này ân hận nhưng không dám tự thú. Thâm đã cạo đầu để cầu nguyện cho tai qua nạn khỏi, đồng thời lên đường đi đánh cá dài ngày trên vùng biển phía Nam để trốn tránh công an. Hơn một tháng qua, nỗi lo sợ tù tội luôn ám ảnh nên cậu anh nghĩ ra cách nhờ em nhận tội thay.
