Theo cơ quan công an, nghi phạm trong vụ án là Hoàng Văn Thành (SN 1998, ở TP Thái Nguyên, tỉnh Thái Nguyên), nạn nhân là chị U.T.P. (SN 2003, ở TP Lai Châu, tỉnh Lai Châu). Hai người có quan hệ tình cảm với nhau từ năm 2020 đến trước thời điểm xảy ra vụ án.
Nghi phạm Hoàng Văn Thành làm thợ cắt tóc tại quận Hai Bà Trưng, còn chị P. làm nghề nối mi và sơn móng tay tại quận Thanh Xuân.
Theo điều tra ban đầu, tối 12/1, Thành rủ chị P. đi chơi nhưng chị P. nói bận vì phải làm việc. Đến khoảng 22h05, sau khi làm xong việc tại cửa hàng, Thành đi xe máy đến số 84 Vương Thừa Vũ để gặp chị P.
Đến nơi, Thành thấy cửa hàng chị P. làm việc đang đóng cửa, không như lời chị P. nói. Thành chụp lại ảnh và gửi cho chị P. xem, đồng thời hỏi lý do vì sao nói dối, nhưng chị P. không trả lời.
Thành quay về tắm và thay quần áo, sau đó tiếp tục đi xe máy tới cửa hàng chị P. để đón đi ăn liên hoan cuối năm.
Lúc này, Thành thấy chị P. đang đứng trước cửa số nhà 84 Vương Thừa Vũ cùng với anh D. Thành xuống xe và hỏi anh D. với chị P. có mối quan hệ như thế nào. Chị P. khẳng định anh D. là người yêu khiến nghi phạm và chị P. xảy ra cãi vã.
Thành yêu cầu chị P. gọi điện về cho mẹ để nói về mối quan hệ này. Do mẹ chị P. không nghe máy, Thành nói chờ mình một lát rồi quay lại.
Trong quá trình đó, Thành đi tìm mua 1 con dao dạng gọt hoa quả ở phố Hoàng Văn Thái với giá 25.000 đồng.
Lúc trở lại, Thành vẫn thấy chị P. đứng với anh D. Thành hỏi lại chị P. về mối quan hệ với mình, tuy nhiên, không được đáp lời nên nghi phạm rút dao đâm chị P.
Anh D. lao vào can ngăn thì bị Thành đâm vào vai trái. Khi chị P. nằm ngửa ra đất nhưng vẫn bị nghi phạm đâm tiếp 2 nhát dao vào vùng ngực, phần lưng và 5 nhát vào phần bụng.
Gây án xong, Thành vứt dao tại hiện trường, lạnh lùng bỏ đi. Hậu quả, chị P. tử vong tại chỗ, còn anh D. được cấp cứu tại Bệnh viện Đại học Y Hà Nội.
Nghi phạm Hoàng Văn Thành đi xe máy bỏ trốn sang quận Long Biên và gửi xe tại một tòa chung cư. Quá trình bỏ chạy, Thành có nói với chủ nhân chiếc xe máy mượn được là sẽ tự sát.
Đến ngày 14/1, sau khi nhận thức được hành vi, biết không thể trốn thoát, Thành đến Công an quận Thanh Xuân đầu thú, đồng thời khai nhận toàn bộ hành vi phạm tội.