Các đối tượng gây ra vụ án gồm Hà Ngọc Hùng, 27 tuổi; Lê Sỹ Tới, 21 tuổi; Lê Sỹ Sự, 22 tuổi; Lê Sỹ Tình, 19 tuổi đều trú ở xã Thọ Lộc, huyện Thọ Xuân; Lê Xuân Hà, 19 tuổi, ở xã Minh Châu, Triệu Sơn; Trương Văn Quân, 21 tuổi, trú ở Xuân Thịnh, Triệu Sơn và Lê Đình Hiếu, 18 tuổi ở phố Tô Vĩnh Diện, thị trấn Triệu Sơn.
Vụ án xảy ra tại quán ăn đêm của gia đình chị Cao Thị Thư ở phố Thiều, xã Dân Lý, Triệu Sơn. Lúc đó, trong quán có một nhóm thanh niên gồm các anh: Lê Xuân Hùng, 24 tuổi; Vũ Kim Dinh, Vũ Đình Hà… đều trú ở xã Dân Quyền đang ăn đêm thì có 3 chiếc xe máy chạy tới. Vừa dừng xe, 2 người ngồi trên xe máy cầm theo kiếm, tuýp sắt lao vào quán, đâm, chém những người đang ăn, đồng thời đập phá quán. Vụ truy sát kinh hoàng khiến anh Hùng tử vong ngay tại chỗ, 2 anh Dinh và Hà bị thương, bàn ghế trong quán bị hư hại. Ngay sau khi gây án, các đối tượng nhanh chóng tẩu thoát khỏi hiện trường.
Nhận được tin, ngay trong đêm, Công an huyện Triệu Sơn đã phối hợp với Phòng Cảnh sát hình sự, Kỹ thuật hình sự tổ chức khám nghiệm hiện trường, khám nghiệm tử thi, nhanh chóng điều tra làm rõ vụ án. Cơ quan điều tra (CQĐT) nhận được một thông tin rất quan trọng từ một người dân cho biết, khoảng 22h cùng ngày tình cờ anh đi qua cổng Trường Cao đẳng Nông lâm Thanh Hóa thấy xảy ra xô xát giữa 2 nhóm thanh niên, 1 người bị một nhóm người đuổi đánh. Trong lúc xô xát, anh có nhìn thấy một sinh viên của Trường Cao đẳng Nông lâm là Lê Thị Minh T.. Đi sâu tìm hiểu về quan hệ của T., các trinh sát, điều tra viên biết được, T. có quan hệ yêu đương với anh Trần Văn Việt, 18 tuổi ở xã Dân Lý, Triệu Sơn nhưng thời gian gần đây, T. lại đi chơi với Hà Ngọc Hùng, 27 tuổi ở xóm 10, Thọ Lộc, Thọ Xuân. Do vậy, khi phát hiện T. đi chơi với anh Hùng, anh Việt đã nổi máu ghen, rủ một số người bạn cùng xã đi tìm Hùng để đánh. Khoảng 22h đêm, phát hiện Hùng đèo T. về đến cổng trường, Việt cùng 5-6 người bạn đuổi đánh Hùng khiến đối tượng này phải bỏ chạy xuống ruộng. Do mọi người can ngăn nên nhóm của Việt ra về.
Truy tìm suốt đêm hôm đó, đến tận sáng hôm sau, lực lượng chức năng đã mời được Lê Thị Minh T. đến làm việc. Lực lượng chức năng đã rà soát các đối tượng trên địa bàn, phát hiện thu giữ con dao gây án tại nhà Hoàng Trung Hùng, 20 tuổi ở thôn Bắc Sơn, xã Thọ Sơn, Triệu Sơn, đồng thời xác định một số đối tượng sau khi gây án đã trốn tới chỗ bố mẹ đối tượng Lê Xuân Hà đang làm ăn tại Bình Dương nên đã tác động người thân khuyên bảo chúng ra đầu thú. Biết không thể trốn được, 1 tuần sau, 4 đối tượng gồm Hà, Tình, Sự, Quân đã từ Bình Dương ra đầu thú. Lê Đình Hiếu thấy không thoát được cũng đến cơ quan Công an đầu thú. Ngoài ra, lực lượng chức năng bắt giữ được Hà Ngọc Hùng và Lê Sỹ Tới.
Tại cơ quan Công an, Hùng khai nhận nguyên nhân vụ án là do bị anh Việt ghen tuông, đuổi đánh nên tức giận về rủ thêm các đối tượng khác tìm nhóm anh Việt đánh trả thù. Lúc thấy đông người đang ăn ở quán nhà chị Thư, tưởng nhóm anh Việt nên Hùng và đồng bọn mới hành hung, không ngờ lại trả thù nhầm.
