Tại cơ quan điều tra, các đối tượng khai tên Tạ Duy Phương (27 tuổi, ngụ xã Thụy Hải, huyện Thái Thụy, Thái Bình) và Nguyễn Đình Tuấn (24 tuổi, ngụ xã Đông Cứu, huyện Gia Bình, Bắc Ninh).
Theo điều tra, Tạ Duy Phương là đối tượng từng có tiền án 7 năm tù về tội cướp tài sản, mới thi hành án xong vào tháng 5/2012. Sau khi ra tù, Phương sống lang thang, không nghề nghiệp ổn định. Do không có tiền tiêu xài nên Phương rủ Tuấn đi lòng vòng trộm cắp tài sản.
Ngày 11/10, cả hai mang theo dao, sau đó đón xe buýt đi từ ngã tư An Sương về TP Biên Hòa (tỉnh Đồng Nai) để trộm cắp nhưng không thực hiện được. Đến khoảng 23h30 cùng ngày, Phương rủ Tuấn tìm tài xế taxi để cướp. Khi đến khu vực Khu công nghiệp Biên Hòa 2 (Đồng Nai), cả hai nhìn thấy anh Vũ Duy Khiêm (40 tuổi), tài xế taxi đang đậu xe đón khách nên đi tới kêu chở về khu vực Suối Tiên (TP HCM).
Khi xe về đến khu vực Trạm 2, thuộc địa bàn phường Tân Phú, quận 9, Phương liền rút dao Thái Lan mang theo kề vào cổ anh Khiêm khống chế để Tuấn lục bóp nạn nhân lấy 500.000 đồng, 1 điện thoại di động rồi xuống xe tẩu thoát