Theo hồ sơ điều tra, khoảng 2h ngày 4/3, Đội CSGT Phú Lâm phân công đồng chí Thiếu tá Nguyễn Văn Dẫn làm tổ trưởng phụ trách tổ công tác gồm 12 đồng chí CSGT, 5 đồng chí CSCĐ, 4 đồng chí CS113 chia làm 4 nhóm tham gia phòng chống thanh thiếu niên tụ tập gây rối TTCC trên địa bàn. Đồng chí Dẫn trực tiếp điều hành một tổ chốt chặn tại khu vực vòng xoay Cây Gõ (địa bàn giáp ranh giữa quận 6 và quận 11). Khoảng 3h30’ ngày 4/3, Thảo điều khiển xe gắn máy chạy với tốc độ cao, không đội MBH từ đường Minh Phụng ra đường Hồng Bàng. Khi thấy lực lượng chốt chặn, Thảo lách xe lấn trái qua làn đường Hồng Bàng bỏ chạy khoảng 45m thì đụng vào dải phân cách trước số nhà 680, Hồng Bằng, phường 2, quận 11 ngã xuống bất tỉnh.
Phát hiện Thảo bị nạn, tổ công tác đã dừng một xe tải và yêu cầu người nhà cùng lên xe đưa Thảo đi cấp cứu. Tại hiện trường đồng chí Dẫn đánh dấu hiện trường nơi xảy ra tai nạn thì Nguyễn Hồng Hưng (26 tuổi, ngụ quận 6, người nhà của Thảo) nồng nặc mùi rượu đến kéo chiếc xe của Thảo ra khỏi hiện trường đồng thời dùng những lời lẽ, hành động gây áp lực với tổ công tác. Đồng chí Dẫn đã liên hệ yêu cầu Công an phường 2, quận 11 đến xử lý theo chức năng.
Ngày 7/3, Phòng PC44, PC45, Công an quận 11 phối hợp với viện KSND TP, Trung tâm Pháp y thành phố tiến hành khám nghiệm tử thi nạn nhân Lưu Vân Thảo. Kết quả khám nghiệm cho thấy Thảo bị gãy lìa cột sống, dập vỡ đại tràng, các quai ruột dập nhiều chỗ. Qua điều tra cho thấy trước khi gặp nạn hàm lượng rượu trong người Thảo là 178mg/100ml. Như vậy Thảo tử vong là do sợ bị lực lượng CSGT lập biên bản nên phóng với tốc độ cao, đầu không đội MBH và va chạm vào dải phân cách văng ra khỏi vị trí va chạm khoảng 15m gây ra đa chấn thương và chết tại bệnh viện. Việc người nhà nạn nhân Thảo tố cáo CSGT dùng gậy đánh chết người là không có cơ sở