Ngay sau khi tiếp nhận nguồn tin từ người dân khẩn báo, Thượng tá Nguyễn Văn Thanh, Trưởng Công an TP Cam Ranh chỉ đạo một mũi trinh sát hình sự đến hiện trường và nhận định nhiều khả năng đây là vụ án giết người, cướp tài sản, nên báo cáo nhanh về Công an tỉnh Khánh Hòa.
Đại tá Đặng Văn Mạnh, Phó Giám đốc Công an Khánh Hòa trực tiếp chỉ huy một tổ công tác phối hợp giữa các Phòng Cảnh sát hình sự, Kỹ thuật hình sự tiến hành khám nghiệm hiện trường, khám nghiệm tử thi nạn nhân và thu thập những thông tin có liên quan để định hướng điều tra, truy nóng hành tung hung thủ gây án.
Các trinh sát hình sự, điều tra viên xác định tung tích người thanh niên bị sát hại là Dương Tấn Thành (32 tuổi), trú ở phường Cam Lợi, TP Cam Ranh, tài xế taxi BKS 79N-2004 của Chi nhánh Công ty cổ phần Mai Linh - Nam Trung Bộ - Tây Nguyên tại Cam Ranh...
Khẩn trương liên lạc tổng đài điều hành taxi Mai Linh, các trinh sát được biết trước khi tài xế Dương Tấn Thành bị sát hại chừng mười phút, một khách hàng nói giọng địa phương gọi đến tổng đài điều xe taxi đến gần nhà hàng Thiên Trường ở phường Cam Thuận. Rà soát hiện trường, các trinh sát không chỉ phát hiện dấu vết máu rơi vãi từ xe taxi đến nơi nạn nhân chết, mà còn tìm thấy dấu vết máu trên con đường chạy về hướng núi băng qua rẫy bắp rồi ngược ra QL1A.
Nhận định nhiều khả năng hung thủ gây án cũng bị thương tích khiến máu rơi vãi trên đường lẩn trốn, nên ngoài việc rà soát mối quan hệ sinh hoạt hàng chục đối tượng hình sự trên địa bàn, Thượng tá Hoàng Tuấn Ngọc, Phó trưởng Phòng Cảnh sát hình sự, Công an Khánh Hòa và Thượng tá Nguyễn Văn Thanh, Trưởng Công an TP Cam Ranh chỉ đạo trinh sát phối hợp Công an địa phương phong tỏa các cơ sở y tế, dò tìm người bị thương tích bất thường.
Rạng sáng 4/4, Công an phường Cam Phú phát hiện Lê Hữu Trọng (17 tuổi), trú ở tổ dân phố Phú Lộc, phường Cam Thuận vừa được các y, bác sĩ Bệnh viện Đa khoa TP Cam Ranh cấp cứu nối cơ gân, mạch máu ngón tay cái bị đứt rời chỉ còn dính da. Bệnh nhân khai báo nguyên nhân bị thương tích là do bò húc khi đang cầm trên tay chiếc rựa. Thế nhưng, trước những câu hỏi sắc bén của các điều tra viên, bệnh nhân Lê Hữu Trọng đã phải khai nhận vết thương hình thành khi giằng co với tài xế taxi Dương Tấn Thành. Cùng gây án với hắn còn đồng bọn có tên thường gọi là Đen.
Khám xét khẩn cấp nơi ở của Trọng, điều tra viên thu được chiếc áo dính máu ném trong sọt rác. Sau nhiều giờ truy xét, trinh sát xác định đối tượng Đen tên thật là Đỗ Thanh Hồi (15 tuổi) trú ở tổ dân phố Thuận Lộc, phường Cam Thuận, nhưng người thân cho biết hắn đã bỏ nhà đi lang thang hơn ba ngày đêm.
Chiều cùng ngày, các trinh sát hình sự đã bắt Đỗ Thanh Hồi khi hắn lẩn trốn trên núi phía Tây phường Cam Phúc Nam. Qua đấu tranh khai thác, được biết Lê Hữu Trọng là đối tượng biếng làm, ham chơi và đã lang thang ở TP Hồ Chí Minh hơn hai năm. Đầu tháng 4/2013, khi Trọng về Cam Ranh tình cờ gặp Hồi, học sinh lớp 8C Trường THCS Trần Phú, TP Cam Ranh. Trọng và Hồi thuộc diện nhà nghèo, nhưng thích ăn chơi, nên mưu tính cướp tài sản.
Sau cuộc nhậu chiều 3/4, Trọng và Hồi đi mua hai con dao bản nhỏ nhọn và dao bản to để thực hiện âm mưu cướp tài sản. Khoảng 22h30 hôm đó, Trọng điện thoại điều xe taxi đến gần nhà hàng Thiên Trường ở phường Cam Thuận để chở hai đối tượng vòng vèo qua mấy đoạn phố. Khi đến một cung đoạn vắng vẻ ở đường Hai Bà Trưng, phường Cam Phúc Nam, Trọng kêu tài xế dừng xe chờ người nhà ra đón. Khi anh Thành vừa tấp xe vô lề đường thì bị Trọng và Hồi vung tay dao đâm chém, trong đó có một nhát Hồi chém nhầm khiến ngón tay cái của Trọng gần đứt lìa.
Bị thương nặng nhưng anh Thành gượng sức vùng vẫy kháng cự, đẩy cửa xe chạy ra đường kêu cứu, nên hung thủ không kịp móc ví da lấy tiền. Trên đường tẩu thoát, do máu từ ngón tay bị chém đứt chảy ra khá nhiều nên Trọng cởi áo bó vết thương. Và khi hung thủ chưa kịp cao chạy xa bay như đã mưu tính thì đã bị vây bắt khẩn cấp
