Ngay khi án mạng xảy ra, Công an Đồng Nai đã vào cuộc điều tra, sàng lọc và xác định Chu Văn sự là nghi can sát hại bà Bùi Thị Hương 48 tuổi cùng cháu trai Trần Quốc Trung 7 tuổi, học sinh lớp 1 trường tiểu học Phan Đình Phùng - phường Long Bình vào tối ngày 23/1.
Bước đầu, xác định Sự từng có tình cảm với chị Trần Thị Kim Trang 26 tuổi, ngụ xã Thanh Sơn, huyện Định Quán nhưng bị mẹ chị Trang là bà Hương ngăn cản.
Sau đó chị Trang lấy chồng và sinh được cháu Trung. Được một thời gian, vợ chồng chị Trang ly hôn.
Biết chị Trang và con trai lên Biên Hoà thuê trọ sinh sống, Sự tiếp tục theo đuổi tình cũ và thuê phòng trọ cùng dãy trọ của chị Trang với mong muốn được tiếp tục hàn gắn tình cảm. Tuy nhiên Sự tiếp tục bị bà Hương ngăn cản khi bà ở chung với chị Trang để chăm sóc cháu Trung và đưa đón cháu đi học.
Chiều 23/1, giữa bà Hương và Sự tiếp tục có cãi vã lẫn nhau, sau đó thì chị Trang đi làm về đã phát hiện 2 bà cháu bị sát hại trong phòng trọ.
Cơ quan chức năng xác định nghi can sát hại 2 bà cháu trong phòng trọ chị Trang với nhiều vết đâm bằng dao và đập vật cứng vào đầu là Sự.
Trưa ngày 24/1, cơ quan chức năng nhận được tin báo Sự đã thắt cổ tự tử trên 1 cành cây cao su tại thị trấn huyện Trảng Bom cách nơi xảy ra vụ án khoảng hơn 20 km.
