Khoảng đầu năm 1999, Hải đã có hành vi hiếp dâm một bé gái tên L (sinh năm 1995, cùng trú trên địa bàn) và sau đó bỏ trốn.
Trong thời gian lẩn trốn, Hải sử dụng giấy Chứng minh nhân dân của một người bạn tên Phạm Văn Thương để làm giấy tờ tùy thân.
Đến năm 2011, lợi dụng sơ hở của cơ quan chức năng trong quản lý thủ tục giấy tờ, Hải đã làm hộ chiếu và trốn sang Nga.
Đầu năm 2015, Hải về nước và chung sống như vợ chồng với chị Vũ Thị T (sinh năm 1977, trú tại xã Ngũ Hùng, huyện Thanh Miện, tỉnh Hải Dương), tuy nhiên do hoàn cảnh kinh tế gia đình khó khăn, Hải đã đến thị xã Quảng Yên, tỉnh Quảng Ninh để làm thợ máy cho các tàu đi biển.
Qua các nguồn tin thu thập được, tổ công tác gồm các trinh sát Phòng Cảnh sát truy nã tội phạm tỉnh Quảng Ninh phối hợp với Công an tỉnh Hải Dương lên kế hoạch cụ thể để xác minh về các mối quan hệ của Hải.
Sau một thời gian dài xác minh, đến 15h ngày 7.3, tổ công tác đã bắt giữ được Nguyễn Văn Hải khi đang làm việc trên tàu du lịch QN-660x, kết thúc quá trình lẩn trốn gần 20 năm của đối tượng.