Từ công tác khám nghiệm hiện trường, tử thi, điều tra ban đầu tại hiện trường, Ban chuyên án nhận định, đây là vụ án giết người do mâu thuẫn tình ái hoặc cá nhân. Từ đó, các trinh sát, điều tra viên dày kinh nghiệm tập trung tiến hành rà soát các mối quan hệ của nạn nhân, các đối tượng có nhiều tiền án tiền sự về  tội cướp tài sản, cố ý gây thương tích và sử dụng trái phép chất ma túy trên địa bàn. 

Qua đó, phát hiện hai đối tượng nghi vấn gồm Trần Trọng Luận (SN 1985) và C.L.T. (SN 1999, cùng ngụ thị xã Tân Uyên). Luận nghiện ma túy, cờ bạc và trên người có một số dấu vết xây xát mới nghi bị sự chống cự quyết liệt của nạn nhân gây ra. Kết hợp cùng với các dấu vết thu tại hiện trường, Công an tỉnh Bình Dương quyết định bắt giữ Luận về hành vi giết người.

Trần Trọng Luận khi bị bắt giữ.

Tại cơ quan Công an, Luận ngoan cố không chịu nhận tội. Đối tượng cho rằng, mình bị bắt oan. Bằng các lập luận sắc bén của điều tra viên về các tài liệu, dấu vết chứng cứ thu tại hiện trường, Luận khai nhận, là hàng xóm của bà Cúc. Hàng ngày, Luận thường qua nhà bà Cúc uống cà phê. Qua cách nói chuyện Luận tự cảm thấy chị Nhi coi thường mình nên ôm hận. Ngày 23-4, sau khi bị thua hết tiền do đánh bạc, Luận nảy sinh ý định tự tử. Lúc này, Luận nhớ đến chị Nhi nên đến nhà gây ra thảm án. 

Khoảng 0h ngày 24-4, Luận mang theo hung khí chuẩn bị trước gồm 3 con dao rồi cậy mái tôn đột nhập vào nhà bà Cúc. Lúc này, bà Cúc thức dậy, Luận lao tới dùng mã tấu chém bà Cúc chết tại chỗ và  tiếp tục ra tay sát hại Nhi và cháu Trân. Sau khi gây án, Luận trở về nhà tắm rửa rồi đi vứt hung khí tại một bãi đất trống cách nhà một đoạn rồi quay về nhà. 

Tuy nhiên, dù đã tìm cách xóa dấu vết gây ra tội ác, nhưng Luận nhanh chóng bị cơ quan Công an bắt giữ. 

C.Bình