Theo đó, nghi phạm đã bị bắt, được xác định là Nguyễn Đăng Khoa (25 tuổi, quê Tiền Giang), thuê trọ sát phòng nạn nhân, bị điều tra về hành vi Giết người, Cướp tài sản và dấu hiệu tội phạm khác.
Theo nội dung vụ việc, sáng 13.2 (mùng 4 Tết), người dân sống gần đoạn đường vắng trong Khu Công nghệ cao, phường Tăng Nhơn Phú B, TP Thủ Đức phát hiện túi nilon lạ vứt ven đường bốc mùi hôi thối nên trình báo Công an. Công an có mặt ngay sau đó, xác định bên trong túi là nhiều bộ phận thi thể đã phân hủy nhiều ngày.
Qua điều tra ban đầu, Công an nghi vấn nạn nhân là cô gái 25 tuổi, quê Đồng Nai được gia đình thông báo mất tích hôm 29 Tết. Cô là công nhân của một công ty ở phường Tăng Nhơn Phú B, thuê trọ ở cùng bạn trai quê Phú Yên.
Hôm 8.2 (29 Tết), sau giờ làm cuối năm, cô nhắn tin cho gia đình ở huyện Cẩm Mỹ, tỉnh Đồng Nai, nói bắt đầu đi xe về nhà đón Tết. Tuy nhiên, gia đình chờ đến hôm sau vẫn chưa thấy cô về, không thể liên lạc. Bạn trai của cô đã về quê một tháng trước và cũng không thể liên lạc được với nạn nhân.
Đến ngày 30 Tết, bạn trai cô gái gọi điện báo cho gia đình cô gái, nói đã nhờ người qua kiểm tra phòng trọ thì thấy khóa bên ngoài. Khi phá cửa vào trong, người này thấy xe máy và đồ đạc để sẵn "như chuẩn bị về quê" nhưng không thấy cô gái đâu.
Cảnh sát sau đó đã trích xuất camera an ninh tại khu trọ và xung quanh nhưng chỉ ghi nhận cô gái đi vào khu trọ của mình hôm 8.2, không thấy trở ra.
Người cuối cùng cô tiếp xúc là Nguyễn Đăng Khoa, ở cùng khu trọ. Hình ảnh cũng ghi nhận hôm 30 Tết, Khoa chở nhiều túi nilon đen bằng xe máy ra khỏi khu trọ.
Sau khi tổng hợp thông tin, cơ quan chức năng đã bắt giữ Khoa khi người này đang ăn Tết tại Bình Định.
Khai với cơ quan điều tra, nghi phạm thừa nhận đã sát hại nạn nhân. Anh ta cho biết, hôm 8.2, thấy cô gái ở một mình, chuẩn bị về quê, đã nhờ cô qua khiêng phụ đồ đạc. Thừa lúc nạn nhân không để ý, hắn sát hại cô gái, lấy một số tài sản.
Sợ mọi người phát hiện sự việc, hung thủ đã phân xác nạn nhân, đem phi tang. Gây án xong, hắn về quê vợ ở Bình Đình lẩn trốn cho đến khi bị bắt.