Quá trình điều tra bước đầu xác định, năm 2014, Luyện sinh sống như vợ chồng với chị T.T.N.A (SN 1993, trú tại khu dân cư Tường, phường Văn An, TP Chí Linh), cả hai có với nhau một người con trai SN 2016. Năm 2018, Luyện bị bắt giữ về hành vi “Tàng trữ trái phép chất ma túy”; bị tuyên phạt 1 năm 6 tháng tù rồi chấp hành án phạt tù tại Trại giam Ngọc Lý – Bộ Công an.
Sau khi chấp hành xong án phạt tù, giữa Luyện và chị N.A chấm dứt mối quan hệ tình cảm. Đến năm 2021, Luyện kết hôn với chị Đ.T.G (SN 1994 và sinh sống tại phường Sao Đỏ, TP Chí Linh), Luyện làm nghề dịch vụ vệ sinh công nghiệp, còn chị G kinh doanh bán quần áo online.
Về phần chị N.A, sau khi chấm dứt quan hệ tình cảm với Luyện thì làm việc tại một quán spa trên địa bàn phường Sao Đỏ, TP Chí Linh và sinh sống cùng với mẹ đẻ là bà L.T. H (SN 1964); con trai chung của chị N. A và Luyện thì sinh sống cùng bố mẹ đẻ của Luyện. Trước thời điểm xảy ra vụ án mạng thương tâm, giữa Luyện và chị N.A phát sinh mâu thuẫn về việc chị N. A nói xấu Luyện và chị G trên mạng xã hội Facebook.
Sáng 23/6, đối tượng Luyện sau khi uống rượu đã nảy sinh ý định trả thù chị N.A. Nghĩ là làm, chiều cùng ngày, đối tượng tìm đến nhà gặp chị N.A nhưng lúc này, chỉ có bà L.T.H ở nhà… Khoảng 14h cùng ngày, chị N.A đang làm tại quán spa thì nhận được điện thoại của mẹ đẻ cho biết Luyện đang ở nhà, yêu cầu chị N.A về nhà để nói chuyện. Sau đó, chủ quán spa đã dùng xe ô tô cá nhân, chở chị N.A về nhà.
Tại nhà bà L.T.H, Luyện đã dùng hung khí đâm chị N.A. Khi bà L.T.H can ngăn thì bị Luyện dùng hung khí đâm liên tiếp vào người. Phát hiện sự việc, một số người là hàng xóm đã hô hoán đồng thời đưa hai nạn nhân đi cấp cứu nhưng đã tử vong.
Về phần Luyện, nghe tiếng tri hô, Luyện vội lên xe ôtô bỏ chạy khỏi hiện trường. Đối tượng Luyện điều khiển xe ôtô BKS: 34C-312.16 bỏ chạy về hướng phường Văn Đức, TP Chí Linh rồi theo đường tránh quốc lộ 18 và quốc lộ 37. Khi đến khu vực gần ngã ba đường tránh thuộc địa phận thôn Miễu Sơn, phường Thái Học, xe mất lái lao xuống khu vực ruộng, Luyện bỏ lại xe ôtô chạy bộ đến nhà bố mẹ vợ ở phường Văn Đức lấy xe máy, bỏ trốn.
Trong vòng 15 ngày trốn chạy, đối tượng Luyện đã di chuyển đến nhiều tỉnh, thành phố như Quảng Ninh, Bắc Ninh, Đắk Nông, TP Hồ Chí Minh…
Ngay sau khi nhận tin báo về vụ án mạng nghiêm trọng làm hai người tử vong tại khu dân cư Tường, phường Văn An, được sự chỉ đạo của Ban Giám đốc Công an tỉnh Hải Dương, Công an TP Chí Linh cùng với Phòng Cảnh sát hình sự và các đơn vị liên quan khẩn trương có mặt tại hiện trường tiến hành thu thập chứng cứ, điều tra xác minh. Qua thu thập tài liệu xác định Dương Đình Luyện, là nghi phạm gây ra vụ án đã lẩn trốn khỏi địa phương.
Căn cứ vào các tài liệu thu thập được, ngày 4/7, Cơ quan CSĐT Công an tỉnh Hải Dương đã ra quyết định khởi tố bị can đối với Luyện về hành vi “Giết người”. Ngày 8/7, Phòng Cảnh sát hình sự Công an tỉnh Hải Dương đã phối hợp các đơn vị chức năng bắt giữ Luyện khi đang lẩn trốn ở TP Hồ Chí Minh. Cùng ngày, Cơ quan CSĐT Công an tỉnh Hải Dương đã ra lệnh bắt bị can để tạm giam đối với Luyện về hành vi phạm tội trên.
Hiện, đối tượng Dương Đình Luyện đã được di lý về Cơ quan CSĐT Công an tỉnh Hải Dương để điều tra, làm rõ, xử lý nghiêm minh theo quy định của pháp luật.
Chặn đánh bạn học tử vong, 4 đối tượng tuổi 17 bị bắt về tội giết người 
Thêm 3 đối tượng liên quan vụ giết người tại Đà Nẵng bị bắt khi lẩn trốn trong rừng 
