Theo cơ quan điều tra CAQ Băc Từ Liêm, sau khi nhận được tin báo của chủ Nhà nghỉ Hồng Lộc về việc phát hiện một khách nữ nằm chết trên vũng máu, trên người không mảnh vải che thân tại phòng nghỉ, cơ quan CSĐT đã vào cuộc xác minh, điều tra. Qua xác minh, nhân thân của nạn nhân được làm rõ là Nguyễn Thị L., 27 tuổi, HKTT tại Thanh Sơn, Phú Thọ. Bản thân chị L. từng có một đời chồng, gửi con nhỏ cho ông bà ngoại để xuống Hà Nội làm ăn.
Khẩn trương rà soát các mối quan hệ của nạn nhân, CAQ Bắc Từ Liêm xác định hung thủ gây án chính là Trần Việt Hưng. Giữa hung thủ và nạn nhân có mối quan hệ tình cảm từ nhiều năm trước. Tuy nhiên, đầu tháng 4/2014, chị L. muốn cắt đứt mối quan hệ "già nhân ngãi, non vợ chồng" với Hưng để về quê lấy chồng nhưng Hưng không đồng ý. Sau nhiều lần níu kéo bất thành, Hưng nảy sinh ý định giết chị L.
Theo lời khai của Trần Việt Hưng tại CQĐT, khoảng 22h đêm 25/4, Hưng đi xe máy đến nơi chị L. đang làm việc ở phường Mai Dịch để đón nạn nhân đi chơi. Và Hưng chở thẳng chị L. vào Nhà nghỉ Hồng Lộc để tâm sự và quan hệ. Đến khoảng 7h ngày 26/4, Hưng xuống nhà nghỉ lấy xe máy mang về xưởng trả cho một người bạn rồi quay lại nhà nghỉ, trong người có giấu theo một lưỡi kéo. Lên phòng, thấy chị L. vẫn chưa dậy, tại đây, với lưỡi kéo được chuẩn bị sẵn, Hưng đã đâm liên tiếp khiến người tình tử vong. Sau khi gây án, Hưng vứt lại hung khí, lấy sợi dây chuyền và chiếc điện thoại của nạn nhân rồi mặc quần áo xuống thanh toán tiền phòng nghỉ. Trước khi bỏ trốn, hắn còn dặn nhân viên nhà nghỉ " đừng lên gọi, cứ để cho vợ ngủ thêm".
Với số tài sản cướp được của người tình, hắn đã bán và lấy tiền tiêu xài. Sau khi tiêu hết tiền, biết vụ việc đã bị bại lộ, đang bị CQĐT truy bắt gắt gao, Hưng đã ra đầu thú
