Trước đó, ngày 16/4 gia đình chị N.(37 tuổi, ngụ TP.Biên Hoà) trình báo cơ quan chức năng sau 3 ngày không liên lạc được kể từ khi chị N. đưa con đi học.
Qua điều tra, cơ quan chức năng xác định Sơn (đang là bác sĩ tại Bệnh viện Đa khoa Đồng Nai) là nghi can nên tiến hành mời làm việc. Lúc đầu, Sơn quanh co chối tội, đối phó, nhưng cơ quan công an đưa ra nhiều bằng chứng nên Sơn đã khai nhận hành vi phạm tội.
Kết quả điều tra cho thấy chị N. và Sơn có quan hệ tình cảm dù cả 2 đã có gia đình. Thời gian gần đây, chị N. thông báo cho Sơn biết mình có thai với Sơn.
Lo sợ mối quan hệ làm ảnh hưởng công việc của cả hai, trưa ngày 13/4, chị N. tới gặp Sơn tại nơi làm việc. Lúc này, chị N. than mệt nên Sơn đã truyền nước cho chị N. Trong quá trình truyền nước, Sơn bơm thuốc an thần vào bình nước quá liều khiến chị N. tử vong.
Sau đó, Sơn dùng dao mổ phân xác chị N. rồi đem giấu trong một khu công nghiệp ở TP.Biên Hoà và một khu rừng vắng tại xã Thiện Tân, huyện Vĩnh Cửu.
Khám xét tại nhà Sơn, lực lượng chức năng thu giữ 1 khẩu súng rulo có 5 viên đạn cùng 2 chiếc nhẫn nghi của chị N.