Các đối tượng nghi vấn được xác định gồm: Phạm Thành Phong (SN 1989), Vũ Văn Quân (SN 1988), cùng trú tại huyện Tứ Kỳ, tỉnh Hải Dương; Phùng Huy Hạnh (SN 1982, lái xe taxi), Phùng Văn Hạnh (SN 1989), Nguyễn Thanh Lâm (SN 1995), cùng trú tại xã Đồng Thành, huyện Bắc Quang (Hà Giang). Ngay sau khi gây án vào đêm 2/5, nhóm đối tượng bỏ trốn về Hà Nội.
Ngày 3/5, Phòng Cảnh sát hình sự, Công an tỉnh Hà Giang đã có báo cáo đề nghị Cục Cảnh sát hình sự phối hợp, chỉ đạo công tác điều tra, truy bắt đối tượng gây án. Phòng trọng án (Cục Cảnh sát hình sự) đã chủ động phối hợp với Công an tỉnh Hà Giang, Công an các quận: Thanh Xuân, Cầu Giấy, TP Hà Nội áp dụng các biện pháp nghiệp vụ điều tra, truy xét, rà soát các địa bàn mà nhóm đối tượng có khả năng lẩn trốn ở Hà Nội.
Phát hiện nơi ẩn trốn của nhóm đối tượng, để tránh việc vây bắt có thể dẫn đến thương vong cho người dân, lực lượng truy bắt và đối tượng, sau khi lên phương án, kế hoạch, Thiếu tướng Trần Ngọc Hà, Cục trưởng Cục Cảnh sát hình sự đã chỉ đạo thống nhất thực hiện biện pháp vận động các đối tượng gây án ra đầu thú để hưởng lượng khoan hồng của pháp luật. Áp dụng đồng bộ các biện pháp nghiệp vụ, đến 17h ngày 3/5, cả 5 đối tượng gây án đã đến trụ sở Cục Cảnh sát hình sự xin đầu thú.
Tại cơ quan Công an, các đối tượng khai nhận, khoảng 22h ngày 2/5, Long, Hạnh, Phùng Văn Hạnh cùng nhau đi taxi do Huy Hạnh lái đến nhà nghỉ Phương Anh ở thị trấn Vĩnh Tuy, huyện Bắc Quang, do ông Đào Trọng Tuận (SN 1969) làm chủ.
Khi đến nơi, cả 3 vào trong nhà nghỉ gặp vợ ông Tuận, Phong hỏi tìm gái để mua dâm. Quá trình trao đổi đã phát sinh mâu thuẫn, xô xát giữa Phong và vợ chồng ông Tuận.
Sau đó, Phong, Văn Hạnh, Huy Hạnh rời nhà nghỉ Phương Anh, đến khu vực dốc Mồ côi thuộc thôn Khuổi Niếng, cách đó khoảng 5km, Phong gọi điện cho Vũ Văn Quân kể lại việc xô xát.
Nghe vậy, Quân lấy một khẩu súng hoa cải đi xe máy đến gặp Phong rồi chở Phong đến thẳng nhà nghỉ Phương Anh. 2 Hạnh và Nguyễn Thành Lâm đi taxi phía sau.
Đến nhà nghỉ, Phong đập cửa thì ông Tuận ở trong nhà cầm súng kíp ra bắn về phía nhóm của Phong nhưng đạn không nổ. Quân cầm súng bắn thẳng về phía chủ nhà nghỉ, khiến nạn nhân gục xuống.
Sau khi gây án, cả nhóm bỏ trốn. Đi đến cầu Vĩnh Tuy (thị trấn Vĩnh Tuy, huyện Bắc Quang), Quân vứt súng xuống sông, rồi cả bọn cùng đi taxi do Huy Hạnh lái về Hà Nội, sau đó ra cơ quan công an đầu thú.
Hiện Cục Cảnh sát Hình sự, Bộ Công an đang phối hợp với Công an tỉnh Hà Giang và các đơn vị liên quan củng cố tài liệu, chứng cứ, truy tìm vũ khí gây án và làm rõ hành vi phạm tội của các đối tượng để sớm đưa ra truy tố, xét xử.