Nguyên nhân vụ tai nạn bước đầu được xác định:
Trong lúc xe ô tô khách mang BKS 81L-4699 (xuất bến lúc 15 giờ 30 ngày 7/2 tại bến xe Gia Lai) chạy theo hướng Nam - Bắc và xe ô tô khách mang BKS 17K-3157 (xuất phát lúc 15 giờ ngày 7/2 tại bến xe Kiến Xương, Thái Bình) chạy theo hướng Bắc - Nam, do lái xe Đỗ Thiên Sinh (SN 1972) trú tại Tân Thịnh, Văn Chấn, Yên Bái điều khiển.
Khi đến khúc cua tại km 750 + 400 ( phía Bắc cầu Trúc Khê) xe ô tô khách mang BKS 17K-3157 đã lấn phần đường của xe ngược chiều làm cả 2 xe đều bị mất lái rơi xuống lề đường.
Hậu quả chị Nguyễn Thị Thanh Hải (SN 1969) cán bộ Sở KH-CN&MT tỉnh Gia Lai cùng con gái là cháu Nguyễn Thị Mai Phương 6 tuổi ngồi ở hàng ghế phía trước không may bị văng ra khỏi xe 81L-4699 và thiệt mạng.
2 hành khách khác bị thương hiện đã được đưa vào Bệnh viện đa khoa tỉnh Quảng Trị để cấp cứu. Ngay sau khi vụ tai nạn xảy ra, lực lượng CSGT-Công an tỉnh Quảng Trị đã kịp thời có mặt để giúp đỡ người bị nạn và giải tỏa ách tắc giao thông.