Trước đó, vào khoảng 8 giờ sáng ngày 4/11, sau nhiều lần liên hệ nhưng không thấy bà L.T.H (SN 1955, ở thôn Yên Thôn, xã Định Tiến, huyện Yên Định, Thanh Hoá) hồi đáp nên người thân đã đến nhà kiểm tra, phát hiện bà H đã chết trên giường ngủ, trên người có nhiều vết chém.
Xác định đây là vụ án giết người, cướp tài sản có tính chất đặc biệt nghiêm trọng, hung thủ ra tay hết sức tàn bạo, gây hoang mang trong dư luận quần chúng nhân dân. Thiếu tướng Trần Phú Hà - Giám đốc Công an tỉnh; Đại tá Khương Duy Oanh - Phó Giám đốc, Thủ trưởng Cơ quan Cảnh sát điều tra Công an tỉnh đã trực tiếp có mặt tại hiện trường chỉ đạo phá án.
Sau 5 giờ đồng hồ điều tra, đến 14 giờ ngày 4/11, Phòng Cảnh sát Hình sự Công an tỉnh Thanh Hóa đã phối hợp với các phòng nghiệp vụ Công an tỉnh, Công an huyện Yên Định (Thanh Hóa) xác định được các đối tượng gây án và bắt giữ 3 đối tượng Khương Văn Anh (SN 2002), Khương Hoàng Hải (SN 2005) và Khương Văn Khuê (SN 2004; đều trú thôn Yên Thôn, xã Định Tiến, huyện Yên Định). Thu giữ tang vật gồm 4 con dao, 1 đôi hoa tai vàng, 2 điện thoại di động.
Tại cơ quan công an, bước đầu các đối tượng này khai nhận: Anh, Hải và Khuê thường hay tụ tập ăn chơi cùng nhau. Là người cùng thôn nên các đối tượng này biết bà H thường ở nhà một mình, trên người lại đeo hoa tai vàng nên đã bàn bạc, thống nhất đột nhập vào nhà bà H để giết bà, cướp tài sản.
Khoảng 22 giờ đêm 3/11, sau khi chơi game, ăn uống tại thị trấn Quán Lào, cả 3 về nhà Khương Văn Khuê lấy 3 con dao và cùng nhau trèo tường đột nhập vào nhà bà H. Khi phát hiện bà H nằm trong phòng ngủ, các đối tượng này đã lao tới chém nhiều nhát vào người khiến nạn nhân chết ngay tại chỗ. Sau đó, các đối tượng này lục soát lấy đi 1 đôi hoa tai vàng, 1 con lợn đất tiết kiệm và 2 điện thoại di động.
Sau khi gây án, các đối tượng nhanh chóng rời khỏi hiện trường, ném hết hung khí xuống sông gần nhà nạn nhân và lên khu vực đường đê trong làng đập lợn tiết kiệm được khoảng 2 triệu đồng chia nhau. Sau khi có tiền, cả 3 tiếp tục lên một quán Internet ở thị trấn Quán Lào, huyện Yên Định chơi game đến sáng.
Đến khoảng 6 giờ 30 phút ngày 4/11, các đối tượng này mang đôi hoa tai vàng đi bán được 15 triệu đồng chia nhau, sau đó về nhà ngủ.