Trước đó, vào ngày 6/12 ông Nguyễn Văn Quỳ (trú thôn 5, xã Lại Xuân) trong lúc dọn dẹp khu vực nhà vệ sinh bỏ hoang của gia đình lâu không sử dụng, đã phát hiện bộ xương người trong bể phốt. Lúc đầu, ông Quỳ tưởng xương của động vật, nhưng sau khi định thần kiểm tra lại thì xác định đó là bộ xương người, đã trình báo Công an.
Nhận được tin báo, lực lượng chức năng huyện Thủy Nguyên phối hợp với các phòng nghiệp vụ Công an TP Hải Phòng đã vào cuộc điều tra. Kết quả giám định ADN do Công an TP Hải Phòng trưng cầu cho thấy, bộ xương người là của chị Nguyễn Thu Thanh (SN 1988, trú thôn 5, xã Lại Xuân), có dấu hiện bị tác động ngoại lực.
Người nhà chị Thanh cho biết, vào ngày 3/12/2010 chị Thanh đi giao gas rồi mất tích bí ẩn. Cơ quan chức năng thời điểm đó chỉ tìm thấy xe máy chị Thanh dưới 1 mương nước thuộc xã Lại Xuân.
Xác định có dấu hiệu vụ án hình sự, ngày 13/12, Cơ quan CSĐT - Công an TP Hải Phòng đã khởi tố vụ án hình sự để điều tra.
Dựng lại bối cảnh 13 năm trước, cơ quan điều tra đã triệu tập, làm việc, lấy lời khai của hàng chục người từng tham gia xây dựng, sinh hoạt ở khai trường đá ngay gần hiện trường và những khách hàng có liên quan tới nạn nhân, qua đó nghi phạm Bùi Trọng Thành đã lộ diện.
Qua rà soát, sàng lọc các đối tượng nghi vấn và đấu tranh nghiệp vụ, lực lượng chức năng đã bắt đối tượng Bùi Trọng Thành.
Bước đầu, cơ quan điều tra xác định, ngày 3/12/2010, Thành (thời điểm này 17 tuổi, là con riêng của vợ thứ 2 ông Quỳ) qua cửa hàng nhà chị Thanh ở cùng thôn gọi chở một bình gas về nhà với mục đích bán đi lấy tiền tiêu vặt.
Khi chị Thanh chở gas đến và lắp đặt xong, Thành phát hiện trên người chị Thanh có nhiều tài sản giá trị như dây chuyền, bông tai vàng nên nảy sinh ý định cướp, quá trình bị Thành cướp tài sản, chị Thanh ngã đầu đập xuống đất. Thành nhân cơ hội đó đã dùng tay bịt miệng nạn nhân cho đến khi tử vong.
Để che giấu hành vi phạm tội, Thành tháo dây chuyền, bông tai vàng rồi bế nạn nhân giấu trong bể phốt rồi đem xe máy của chị Thanh vứt xuống cống nước ở một đầm cá cách nhà khoảng 500m. Sau đó, hắn về đổ bê tông bịt lối xuống bể phốt nhằm che giấu thi thể nạn nhân, tiếp đó mang vàng của nạn nhân đi bán lấy hơn 2 triệu đồng.
Thời điểm xảy ra vụ án, ông Quỳ và mẹ đẻ Thành đều đang chấp hành án tù, chỉ có mình Thành ở nhà.
Theo cơ quan điều tra, tất cả các buổi cơ quan điều tra khám nghiệm hiện trường, Thành đều có mặt theo dõi nhưng không có biểu hiện bất thường. Khi bị triệu tập đấu tranh, ban đầu hắn phủ nhận, tuy nhiên với các bằng chứng, lập luận sắc bén, Bùi Trọng Thành đã cúi đầu nhận tội.
Tại cơ quan điều tra, Bùi Trọng Thành đã khai tường tận quá trình gây án, giấu xác phi tang, trùng khớp với những kết quả giám định mà cơ quan điều tra xác định.
Khởi tố vụ án hình sự liên quan vụ phát hiện bộ xương người trong bể phốt 
Xác định danh tính nạn nhân vụ bộ xương người trong bể phốt 
