Thủ phạm sát hại Hậu được Công an sở tại nhanh chóng điều tra, làm rõ là Trần Thanh Lâm (tức “Lâm Sung”), 23 tuổi, là hàng xóm và “đệ tử” của Đỗ Đức Hậu. Đồng phạm với Lâm còn có Bùi Tiến Hưng, 22 tuổi, ở số 37, cùng ngõ 185 Tôn Đức Thắng như đã nêu trên.
Ngay sau khi gây án, Lâm và Hưng đã bỏ trốn. Khoảng 21h00 cùng ngày, Lâm và Hưng đã ra đầu thú khai nhận hành vi phạm tội.
Theo lời khai của Lâm và Hưng, tối 3/4, trước khi gây án, Hậu gọi điện nhờ Lâm đi mua “hàng đá” song Lâm đã lảng tránh. Đỗ Đức Hậu lại gọi điện hỏi mượn ĐTDĐ. Không được chấp nhận, Hậu nổi khùng phóng xe máy, xách dao tìm Trần Thanh Lâm và gây ra cuộc hỗn chiến.
Ngày 5/4, Công an quận Lê Chân cũng đã tạm giữ 2 “chiến hữu” của Lâm, Hưng là Đỗ Văn Thái, 22 tuổi, ở phố Hạ Lý, quận Hồng Bàng và Trần Ngọc Lưu, 27 tuổi, ở phố Cát Cụt, quận Lê Chân, Hải Phòng về hành vi không tố giác tội phạm