Trước đó, ngày 7/10, Công an quận Thanh Xuân nhận được đơn trình báo của gia đình anh Lê Văn Thắng (SN 1982), trú tại Tiên Lữ (Hưng Yên), hiện tạm trú tại xóm Đình Nguyên, Minh Khai, Từ Liêm bị tử vong tại bệnh viện với nhiều dấu hiệu bất thường. Trước thông tin này, nhận định nhiều khả năng có trọng án xảy ra, Ban chỉ huy Công an Thanh Xuân đã chỉ đạo lực lượng Cảnh sát hình sự quận phối hợp với Công an của 4 phường liên quan tiến hành điều tra, xác minh.
Sau gần 15 giờ đồng hồ vào cuộc, các lực lượng chức năng đã xác định được chính xác địa điểm xảy ra vụ việc ở bãi đỗ xe số 71 Nguyễn Xiển, thuộc phường Hạ Đình ( Thanh Xuân, Hà Nội) và đối tượng gây án là Nguyễn Thanh Tùng. Lúc này, đối tượng Tùng đã bỏ trốn khỏi nơi cư trú, sau một thời gian được Công an quận tích cực vận động, đến 16h chiều 7/10, Tùng đã đến Công an phường Hạ Đình đầu thú.
Theo tài liệu của Cơ quan điều tra thu thập được, khoảng 14h 15 ngày 6/10, Trần Văn Hoàng (28 tuổi), quê quán Vũ Lăng, Tiền Hải, Thái Bình rủ bạn là anh Lê Văn Thắng đến bãi trông giữ xe ô tô tại số 71 phố Nguyễn Xiển, thuộc phường Hạ Đình, quận Thanh Xuân, gặp 1 người bạn đồng hương (Tiền Hải, Thái Bình) là Nguyễn Thanh Tùng làm nhân viên cho chủ bãi đỗ này, mục đích là để tìm hiểu việc có người ở bãi xe nợ tiền của một người bạn Hoàng.
Khi đến nơi, Hoàng gọi 1 ca bia ở một quán bia gần đó ngồi uống cùng Tùng và anh Thắng. Khoảng 15h, do Hoàng và anh Thắng đã uống bia rượu từ trước nên trong quá trình nói chuyện ở đây, Hoàng có to tiếng chửi bới một người khác qua điện thoại, tuy nhiên Tùng nghĩ Hoàng chửi cạnh khóe cả mình. Còn anh Thắng do say bia rượu, đã làm rơi cốc bia xuống đất vỡ tan đúng lúc đó Tùng đang cúi xuống hút thuốc lào nên bị bia từ cốc của anh Thắng văng xuống bắn vào mặt.
Bực tức Tùng liền chửi thì bị anh Thắng chửi lại. Lập tức, Tùng vùng đứng dậy, cầm chiếc điếu cày đang hút phang một nhát vào sau gáy, ngay sát mang tai trái anh Thắng, khiến anh Thắng ôm đầu dần gục xuống tại chỗ. Hoàng nhờ một nhân viên bãi xe gọi giúp taxi, đưa anh Thắng và bệnh viện xây dựng gần đó cấp cứu, sau đó chuyển đến Bệnh viện 103.
Đến chiều muộn không thấy anh Thắng về, vợ anh Thắng gọi vào điện thoại cho chồng thì thấy Hoàng nghe điện và báo là anh Thắng bị tai nạn đang cấp cứu tại bệnh viện