Theo hồ sơ vụ án, đầu năm 2012, Lâm được ông Trần Đức Tú (người cùng thôn) thuê trông coi đìa tôm ở thôn Hiệp Thanh. Khoảng 20h ngày 12-4-2012, Lâm đi bộ từ trại canh đìa do mình phụ trách trông coi sang một trại canh đìa khác của ông Tú để gặp anh Phạm Văn Quang (người làm thuê cho ông Tú) nhằm vay tiền.
Trên đường quay về trại, thấy cháu Lê Thị T.N. (SN 1996) đang bắt ốc dưới mương nước, Lâm đã nảy sinh tà dâm và rắp tâm hãm hại cháu N. Lâm cởi áo thun đang mặc, lội xuống mương bịt miệng và khống chế buộc cháu N. đi theo hắn đến trại canh cách đó vài chục mét để thực hiện dã tâm thú tính của mình. Khi gần đến trại, cháu N. vùng bỏ chạy để thoát thân, nhưng vẫn bị tên Lâm chụp lại, dùng đá san hô đập vào đầu hòng dập tắt y chí phản kháng của nạn nhân.
Kẻ sát nhân Trương Quế Lâm tại phiên tòa xét xử
Sau khi thực hiện hành vi hiếp dâm cháu N. ngay tại trại canh đìa, nghe nạn nhân van xin: “Chú tha cho cháu về nhà, cháu không báo công an đâu”, tên Lâm liền ra tay sát hại cháu N. để bịt đầu mối. Hắn vớ lấy sợi dây cước có sẵn ở trại canh đìa siết cổ cháu N. từ phía sau và tấn công nạn nhân cho đến chết.
Sau đó hắn mang thi thể cháu N. nhét vào cống dẫn nước vào đìa, ném quần áo nạn nhân xuống mương để xóa dấu vết hiện trường, rồi vào trại canh đìa ngủ bình thường như chưa có chuyện gì xảy ra.
Khoảng nửa tháng sau khi gây án, Lâm bị tai nạn xe máy, phải tạm nghỉ làm nên ông Tú đành thuê anh Trần Thanh Hùng (người địa phương) canh đìa thay Lâm. Ngày 7-5, anh Hùng trong lúc mở cống để thay nước cho đìa tôm đã phát hiện một tử thi đang trong tình trạng phân hủy mạnh, không có đầu trôi từ trong cống nước ra ngoài nên hốt hoảng chạy đi báo công an.
Ngày hôm sau, con trai ông Tú trong lúc kiểm tra đìa tôm cũng phát hiện một bộ xương hộp sọ dưới mương nước, cách nơi phát hiện thi thể trước đó khoảng vài chục mét. Theo các kết luận giám định pháp y của Trung tâm Pháp y TP Hồ Chí Minh và Viện Pháp y Quốc gia, phần hộp sọ và thi thể không đầu nói trên là của cùng một người và đúng là thi thể cháu N.; nguyên nhân dẫn đến tử vong là vỡ hộp sọ, chấn thương sọ não.
Đến ngày 16-5, Trương Quế Lâm bị Công an tỉnh Khánh Hòa bắt giữ về hành vi hiếp dâm trẻ em và giết người. Trong giai đoạn vụ án đang được điều tra, lời khai của tên Lâm có rất nhiều điểm mâu thuẫn, đặc biệt có lúc thì thừa nhận một mình thực hiện toàn bộ hành vi hiếp dâm và giết chết nạn nhân, lúc thì khai cùng với 2 đối tượng khác cùng tham gia. Tuy nhiên lời khai của Lâm về “2 đồng phạm” lại rất mơ hồ và mâu thuẫn giữa các bản khai. Điều này khiến cơ quan điều tra phải tốn nhiều thời gian điều tra, trải qua rất nhiều lần thực nghiệm điều tra. Và rồi cuối cùng cơ quan này đã xác định được, hung thủ của vụ án chỉ có mình tên Lâm.
Ngoài hình phạt trên, Tòa còn buộc bị cáo Lâm phải bồi thường cho gia đình người bị hại hơn 123 triệu đồng.
