Ngay sau đó, các đối tượng Hoàng Ngọc Biên, SN 1983, trú tại xóm Thượng, xã Uy Nỗ, huyện Đông Anh; Nguyễn Đức Trung, SN 1983, trú tại thôn Sơn Du, xã Nguyên Khê, huyện Đông Anh và Lê Đức Kỳ, SN 1990, trú tại thôn Lễ Pháp, xã Tiên Dương, huyện Đông Anh đã bị cơ quan điều tra bắt giữ về hành vi giết người.
Hoạt động phạm tội của 3 đối tượng trên được cơ quan công an làm rõ như sau: 20h ngày 11-5, trong khi điều khiển xe máy Honda Wave S, màu đỏ, không đeo biển số đi trên đường Cao Lỗ theo hướng sang xã Vân Nội (Đông Anh), Hoàng Ngọc Biên và Nguyễn Đức Trung đã va chạm với xe máy do anh Phạm Trung Kiên điều khiển đang rẽ trái để về nhà ở tổ 18, thị trấn Đông Anh. Trung và Biên đã lao vào đánh anh Kiên. Thấy anh Kiên bỏ chạy về hướng xã Vân Nội, Trung và Biên tiếp tục đuổi đánh, nên anh Kiên chạy ra hướng Quốc lộ 3.
Không để nạn nhân chạy thoát, đối tượng Trung đã nhờ Lê Đức Kỳ điều khiển xe máy Honda Dream II chở mình đuổi đánh anh Kiên. Đến đầu tổ 8, thị trấn Đông Anh, Trung và Kỳ đã đuổi kịp nạn nhân và Trung đã xông đến đấm liên tiếp vào mặt và đầu anh Kiên. Mặc dù có đông người can ngăn, nhưng khi anh Kiên bị đánh ngã gục xuống đất, Trung vẫn lao vào dùng chân đạp, đá liên tiếp vào ngực và đầu anh Kiên. 10 phút sau khi xảy ra vụ việc, gia đình anh Kiên biết tin đã đến hiện trường đưa người nhà đi bệnh viện Bắc Thăng Long cấp cứu. Tuy nhiên, do bị đa chấn thương nên anh Kiên được chuyển đến bệnh viện Xanh Pôn cấp cứu và 13h30 ngày 12-5 đã tử vong do bị chấn thương sọ não nặng.
