Theo cáo trạng, vào khoảng 15 giờ ngày 11/11/2017, Thu đang làm rẫy của mình tại thôn 1, xã Ea Pil thì phát hiện bà Phạm Thị Ph. (SN 1977, trú tại thôn 2, xã Ea Pil, chị họ của Thu) đi vào rẫy mía với một người đàn ông (không rõ nhân thân lai lịch) nên đi lại xem có chuyện gì.
Thấy Thu đi về phía mình, bà Ph. đi ra nói Thu giữ bí mật và hứa sẽ cho 2 triệu đồng. Đến khoảng 12 giờ 30 phút ngày 12/11/2017, không thấy bà Ph. đưa tiền như đã hứa, Thu lấy điện thoại gọi điện cho bà Ph.
Một lúc sau, bà Ph. điều khiển xe máy đến nhà của Thu và đưa cho Thu 2 triệu đồng như đã hứa. Nhận tiền xong, Thu nảy sinh ý định quan hệ tình dục với bà Ph. nên dùng tay sờ vào ngực của bà Ph. thì bị bà Ph. chống cự, bỏ chạy ra phía sau nhà.
Khi bà Ph. chạy đến nhà bếp thì bị Thu đuổi kịp dùng tay túm tóc kéo ngã xuống nền nhà và dùng tay đánh nhiều cái vào vùng mặt. Bị đánh bà Ph. kêu cứu và lấy điện thoại để gọi điện cầu cứu thì bị Thu lấy điện thoại ném xuống nền nhà.
Lúc này, do sợ bị phát hiện hành vi của mình nên Thu lấy 01 cái chày bằng gỗ gần đó đánh liên tục vào mặt bà Ph. Chưa dừng lại ở đó, Thu tiếp tục lấy một viên gạch tiếp tục đánh nhiều cái vào vùng đầu và mặt khiến bà Ph. chết tại chỗ.
Thấy bà Ph. không có phản ứng gì, Thu cởi quần áo bà Ph. ra nhằm thực hiện hành vi hiếp dâm . Tuy nhiên, khi phát hiện bà Ph. đã chết, Thu từ bỏ ý định quan hệ tình dục rồi lục lấy của bà Ph.
01 đôi bông tai bằng vàng, 01 dây chuyền bằng vàng cùng số tiền 200 ngàn đồng. Tiếp đó, Thu dùng bạt phơi nông sản quấn xác bà Ph. lại và giấu ở phía sau chuồng heo của gia đình .
Đến khoảng 16 giờ 30 phút cùng ngày, Vũ Thị Mây (vợ Thu) đi làm về nhà thì Thu đã kể lại toàn bộ sự việc cho vợ biết.
Nghe xong, Mây không khuyên chồng ra đầu thú, cũng không báo cho cơ quan chức năng mà còn giúp Thu khiêng xác bà Ph. lên xe máy để Thu chở xác bà Ph. đi vứt tại cống thoát nước thuộc thôn Ea Tê, xã Krông Jing, huyện M’Đrắk.
Sau đó, Thu về nhà lấy chiếc xe máy của nạn nhân mang đi cất giấu ở khu vực rẫy mía trên đường đi vào trại giam Đắk Tân (xã Ea Pil, huyện M’Đrắk).
Đến khoảng 22 giờ đêm 12/11/2017, do không thấy bà Ph. về và không liên lạc được nghi có chuyện chẳng lành nên gia đình bà Ph. đã trình báo chính quyền địa phương và cơ quan công an.
Nhận được thông tin, cơ quan chức năng đã tổ chức người đi tìm kiếm đồng thời sàng lọc các đối tượng tình nghi trên địa bàn thì phát hiện Thu có biểu hiện bất thường.
Qua làm việc, Thu đã khai nhận toàn bộ hành vi phạm tội và chỉ nơi giấu xác nạn nhân cùng các tang vật liên quan đến vụ án.
Ngày 21/11/2018, TAND tỉnh Đắk Lắk đã xử sơ thẩm và tuyên phạt bị cáo Nguyễn Văn Thu mức án tử hình về tội Giết người, 5 năm tù về tội Cướp tài sản, 3 năm 6 tháng tù về tội Hiếp dâm Tổng hợp hình phạt mà bị cáo Nguyễn Văn Thu phải nhận là tử hình; Bị cáo Vũ Thị Mây nhận mức án 1 năm 3 tháng tù giam về tội Che giấu tội phạm.
Sau đó, Nguyễn Văn Thu đã làm đơn kháng án xin giảm nhẹ hình phạt. Tuy nhiên tại phiên tòa phúc thẩm HĐXX xét thấy bản án mà TAND tỉnh Đắk Lắk đã tuyên là đúng người đúng tội nên không chấp nhận kháng cáo của bị cáo Nguyễn Văn Thu giữ nguyên bản án sơ thẩm.