Trước đó, sáng cùng ngày, Phòng CSHS CATP Hải Phòng đã di lý nghi phạm về trụ sở để tiến hành công tác điều tra xét hỏi. Danh tính đối tượng được xác định là Bùi Mạnh Cường, SN 1998, ở cách nhà nạn nhân hơn 100m. Vụ án mạng xảy ra tối 14-5, khi bố mẹ bé N (11 tuổi) trở về nhà thì phát hiện con gái chết gục trên vũng máu, trong tình trạng không mặc quần, vùng đầu có nhiều vết thương.
Tại hiện trường, cơ quan công an phát hiện có dấu chân in trên bức tường bao cao khoảng 1,4m, vết máu vương từ trong nhà ra sân. Tuy nhiên, trong nhà nạn nhân không thấy có dấu hiệu bị lục lọi, tài sản không bị mất. Gia đình nạn nhân nuôi một con chó, nhốt ở cổng, nhưng thời điểm đó hàng xóm không nghe thấy tiếng sủa.
Với những chi tiết này, CQĐT loại trừ động cơ gây án giết người, cướp tài sản. Hướng điều tra tập trung vào việc hung thủ là người địa phương và phải có quan hệ với thành viên trong gia đình. Sau khi gây án, hung thủ đã kéo xác nạn nhân định mang phi tang nhưng bất thành nên đã để nạn ở sân rồi trèo tường trốn thoát.
Với quyết tâm bắt gọn hung thủ trong thời gian sớm nhất, gần 100 cán bộ, chiến sĩ thuộc CATP Hải Phòng đã được huy động để tập trung điều tra, phá án. Sau khi rà soát đối tượng có biểu hiện nghi vấn, rạng sáng 21-5, ban chuyên án đã có đủ tài liệu, chứng cứ bắt giữ Bùi Mạnh Cường. Do đối tượng bị câm, điếc bẩm sinh, ban chuyên án đã phải mời chuyên gia ngôn ngữ trong lĩnh vực giao tiếp với người câm, điếc đến phối hợp làm việc.
Bước đầu Cường khai nhận, tối 14-5, khi sang chơi nhà bé N, trong lúc ngồi xem ti vi, do có mâu thuẫn từ hôm trước, nên Cường bị bé N đuổi về. Tức giận, Cường bỏ ra ngoài nhặt viên gạch rồi quay vào bất ngờ đập 3 nhát vào đầu nạn nhân. Khi cháu N gục chết, do tay bị thương tích nên Cường đã lấy quần ngủ của bé gái để lau tay. Sau đó hung thủ kéo, vác xác nạn nhân từ trong nhà ra ngoài sân định phi tang nhưng bị động nên đã trèo tường rào, tẩu thoát.
