Trước đó, khoảng 10h30 ngày 10/9, Công an huyện Lương Tài, Bắc Ninh nhận được tin báo của Công an xã An Thịnh tại phòng 201 nhà nghỉ Hoàng Việt ở Thôn Cường Tráng An Thịnh-Lương Tài, có một nữ giới chết trên giường, đang trong giai đoạn phân hủy, có nhiều vết máu trên đệm, người nạn nhân, có dấu vết chân dính máu.
Nạn nhân được xác định là chị Nguyễn Thị Tuyết, trú ở huyện Lương Tài. Chủ nhà nghỉ là anh Dương Văn Việt cho biết, khoảng 1 năm trở lại đây, chị Tuyết và Đoàn Văn Phan thường xuyên thuê nhà nghỉ Hoàng Việt để ở. Mỗi lần đến đây thuê, hai người có khi ở lại vài ngày, có khi lâu hơn nên là khách quen. Chính vì vậy, ngày 6-9, chị Tuyết và Phan lại đến, khi vào hai người đi một xe máy, chủ nhà nghỉ không đòi hỏi phải có CMND. Sau khi vào nhà nghỉ ăn uống, hát karaoke xong thì Tuyết lên phòng nghỉ, Phan lấy xe máy đi ra ngoài không về. Ngày hôm sau, Phan quay lại, đến gần trưa đi mua một bát bún đem vào sau đó lại lấy xe máy đi ra ngoài, tối không quay lại, đến 17h ngày 8/9 lại vào nhà nghỉ khoảng 1 tiếng rồi đi và không thấy về nữa.
Sốt ruột, ngày 9/9 anh Việt gọi điện lên phòng thì thấy máy bận, liền gọi cho Phan, đối tượng này nói đi mua đồ ăn cho chị Tuyết. Đến 16h cùng ngày, Phan gọi điện cho anh Việt nói đi đánh bạc bị mất xe của chị Tuyết nên phải đi thu xếp tiền, sẽ về muộn. Tuy nhiên, đêm đó Phan không về. Sáng hôm sau, thấy trong phòng nghỉ bốc mùi khá nặng, anh Việt cho người lên kiểm tra, tá hỏa phát hiện chị Tuyết nằm trên giường, phủ kín chăn, đã tử vong từ lâu nên đã báo cáo cơ quan Công an.
Căn cứ kết quả khám nghiệm hiện trường, tử thi kết hợp với các tài liệu thu thập được, lực lượng chức năng xác định bạn trai của nạn nhân là Đoàn Văn Phan có liên quan đến vụ án. Lập tức, một tổ công tác đã đến nhà Phan. Tuy nhiên, đối tượng này không có nhà. Trên tường nhà hắn, cạnh bàn thờ, có ảnh CNMD của chị Tuyết. Ngoài ra, lực lượng chức năng còn thu giữ được túi xách, giấy tờ tùy thân của chị Tuyết tại nhà của Phan. Lực lượng chức năng đã cử đồng chí Phó trưởng Công an huyện Lương Tài gọi điện, thuyết phục Phan ra đầu thú.
Tuy nhiên, đối tượng này khá manh động, ngoan cố, hắn bảo rằng đang có 2 kíp mìn cùng thuốc nổ, sẽ “tử thủ” với số vũ khí trên, nếu lực lượng Công an truy bắt, sẽ cho nổ để tự sát. Có lúc, Phan lại nói rằng, hắn đang trên 1 chiếc taxi, nếu thấy lực lượng Công an, sẽ tự sát cùng với lái xe. Có lúc, hắn lại “đòi” được về thắp hương cho chị Tuyết lần cuối cùng, thậm chí là gây nổ ở đám tang chị Tuyết để trả thù… “Một đầu dây cầu em đã nối sẵn với đầu dây kia, lúc nào em cũng cầm ở tay 4 quả pin này để kích nổ, vì ngày xưa em từng làm thợ nổ mìn...”, đây chỉ là một trong hàng trăm tin nhắn mà Phan ra yêu sách với lực lượng Công an.
Một cuộc đấu trí, đấu lý căng thẳng và quyết liệt diễn ra trong ngày mùng 10, rạng sáng 11/9 giữa lực lượng Công an với Phan. Thậm chí y còn dùng nhiều lời lẽ để đe dọa, uy hiếp đồng chí Phó trưởng Công an huyện Lương Tài. Lúc này, Thủ trưởng cơ quan Cảnh sát điều tra Công an tỉnh Bắc Ninh đã chỉ đạo các đơn vị nghiệp vụ sẵn sàng mọi phương án đấu tranh với phương châm đảm bảo tuyệt đối an toàn đối với lực lượng vây bắt, người dân xung quanh và đối tượng. Lực lượng điều tra vừa khôn khéo thuyết phục; vừa khẩn trương triển khai các phương án khống chế, xác định chính xác địa điểm đối tượng lẩn trốn để tổ chức bắt gọn, tránh hậu quả đáng tiếc xảy ra.
Bằng các biện pháp nghiệm vụ, cùng sự phối hợp chặt chẽ của các đơn vị nghiệp vụ Công an tỉnh Bắc Ninh và Công an tỉnh Hải Dương, Cơ quan điều tra xác định Phan đang ở tại một nhà nghỉ thuộc xã An Lâm, huyện Nam Sách, tỉnh Hải Dương. Ngay sau đó, các trinh sát đã khảo sát và bao vây quanh khu vực nhà nghỉ, cửa trước, cửa sau, bố trí toàn bộ khách trong nhà nghỉ ra khu vực an toàn; bí mật tiếp cận 2 phòng bên cạnh Phan đang trốn và hệ thống cầu thang. Đồng thời, thuyết phục gia đình Phan vận động đối tượng này đầu thú. Đến rạng sáng 11-9, khi Phan mở cửa, lực lượng chức năng đã ập vào khống chế.
Sau khi bị bắt, tại cơ quan điều tra, Đoàn Văn Phan khai nhận rất yêu chị Tuyết và đang chuẩn bị làm đám cưới với chị. Ngày 6/9, sau khi thuê nhà nghỉ ở với nhau, trong lúc tâm sự, Phan nghi ngờ chị Tuyết trước khi yêu hắn đã có người đàn ông khác nên ghen tuông, dùng tay đè vào cổ nạn nhân khiến chị Tuyết bị ngất. Thấy người tình không còn phản kháng nữa, Phan dùng chiếc đôn để điện thoại, đập vào đầu nạn nhân. Xác định chị Tuyết đã tử vong, Phan lấy hai chiếc gối chèn vào đầu, phủ chăn kín rồi lấy túi xách, xe máy của nạn nhân đem đi cầm cố. Để tránh bị chủ nhà nghỉ phát hiện, Phan nhấc điện thoại bàn ra (tạo tình huống chị Tuyết đang liên hệ với bên ngoài), sau đó, mỗi ngày một lần, hắn mang theo bánh kẹo, bún đến… khiến chủ nhà nghỉ tưởng chị Tuyết vẫn sống, ở trên phòng. Phan còn khai nhận, sau khi sát hại chị Tuyết, hắn cầm cố xe máy lấy tiền đánh lô đề. Ngày 8-9, Phan trúng đậm nhưng đến hôm sau thì thua hết nên Phan trốn luôn không về nữa.
Được biết, Đoàn Văn Phan từng có 1 tiền án về tội trộm cắp tài sản, lại là đối tượng lười lao động, thường xuyên cờ bạc, rượu chè, li hôn vợ, có hai con riêng. Chị Tuyết cũng từng li hôn, nuôi 2 con. 2 người quen biết, yêu nhau khoảng 2 năm nay, có ý định tiến tới hôn nhân nhưng do Phan cờ bạc, rượu chè nên gia đình chị Tuyết không đồng ý. Mặc dù bị gia đình phản đối nhưng chị Tuyết vẫn quyết tâm lấy Phan. Có lẽ người phụ nữ này không bao giờ ngờ được máu cờ bạc, rượu chè đã ăn sâu vào đối tượng này không thể cải tạo. Cũng vì thế mà sau khi sát hại nạn nhân, hắn vẫn thản nhiên đi đánh lô đề, rượu chè sau đó vẫn đủ bản lĩnh quay về nhà nghỉ, khiến mọi người tưởng chị Tuyết vẫn sống, không nghi ngờ. Nhưng cho dù gian manh tới đâu, Đoàn Văn Phan cũng không thoát khỏi lưới pháp luật