Tài liệu điều tra cho thấy, khoảng 14h30' ngày 12/4, Công an phường Hòa Khánh Bắc tiếp nhận tin báo của chị Nguyễn Thị Ph.T (SN 1981, thường trú tại tổ 54, phường Hòa Hiệp Nam, quận Liên Chiểu) về việc rạng sáng 11/4, con trai của chị tên là Trần Nguyên Vĩnh (SN 2005) đang chơi Internet tại quán 79 Đồng Kè thì bị một số đối tượng sử dụng hung khí chém gây thương tích tại vùng đầu và chân, được gia đình đưa đi điều trị tại Bệnh viện Đà Nẵng.
Qua xác minh, nhận thấy vụ việc có tính chất nghiêm trọng nên ngày 12/4, Công an phường Hòa Khánh Bắc chuyển hồ sơ ban đầu cho Cơ quan CSĐT Công an quận Liên Chiểu để thụ lý theo thẩm quyền.
Tiếp nhận nguồn tin và tiến hành xác minh ban đầu, Công an quận Liên Chiểu xác định, ngoài Trần Nguyên Vĩnh còn có Tống Văn Lương (SN 2007, trú tại K345 Âu Cơ, phường Hòa Khánh Bắc) và Trần Đức Công Hiếu (SN 2005, trú tại tổ 10, phường Hòa Hiệp Bắc, Liên Chiểu) cũng là nạn nhân bị chém tại quán Internet 79 Đồng Kè.
Do đó, Đội Cảnh sát hình sự Công an quận Liên Chiểu báo cáo lãnh đạo Công an quận cho xác lập chuyên án. Đến ngày 14/4, Cơ quan CSĐT Công an quận Liên Chiểu ra quyết định khởi tố vụ án hình sự đối với vụ án cố ý gây thương tích nêu trên, đồng thời xác lập chuyên án truy xét để đấu tranh.
Quá trình đấu tranh chuyên án, Công an quận Liên Chiểu làm rõ nguyên nhận vụ việc và các đối tượng có liên quan. Theo đó, vào tối 10/4, em Trần Nguyên Vĩnh cùng với Tống Văn Lương và Trần Đức Công Hiếu chơi tại quán Internet Galaxy (số 79 Đồng Kè).
Tại đây, Ông Văn Anh Tú (SN 2007, trú tổ 27 phường Hòa Thọ Tây, quận Cẩm Lệ) cũng đang chơi game trên Internet. Trong quá trình chơi game, Tú thấy Vĩnh có thái độ "nhìn đểu" mình. Khi Tú rời khỏi quán thì Vĩnh đi theo ra và hai bên lời qua tiếng lại, sau đó Vĩnh nhặt đá ném Tú nhưng chưa gây ra thương tích.
Đến rạng sáng 11/4, Tú rủ Trần Văn Phú (SN 2006, trú tổ 6) và Trần Nguyễn Khả Thịnh (SN 2005, trú tổ 108, phường Hòa Minh, Liên Chiểu), Nguyễn Văn Hải (SN 2005, trú K130 Trường Chinh, phường Hòa An, Cẩm Lệ) và Đặng Công Lượm (SN 2006, trú tổ 20, phường Phước Vĩnh, TP Huế, tỉnh Thừa Thiên-Huế; tạm trú tổ 2 phường Hòa Minh, Liên Chiểu) đi đánh nhóm của Vĩnh. Tú dẫn Hải đi về nhà mình lấy một cây kiếm tự tạo (dài khoảng 1m), sau đó đưa cho Phú sử dụng; một lưỡi kiếm tự tạo (dài khoảng 30cm) đưa cho Hải sử dụng.
Các đối tượng gây án đã bị cơ quan Công an bắt giữ.
Đến khoảng 5h sáng 11/4, Tú điều khiển xe môtô chở Phú và Hải ngồi sau cầm hung khí, Thịnh điều khiển xe môtô chở Lượm đi đến quán Internet Galaxy 79 Đồng Kè. Tại đây, Tú và Thịnh đứng ở ngoài cảnh giới, còn Phú, Hải, Lượm đi vào trong quán và tìm đến chỗ Vĩnh. Thấy Vĩnh, Phú sử dụng hung khí mang theo nhắm vào đỉnh đầu của Vĩnh chém liên tục 5 nhát, cùng lúc này, Hải và Lượm cũng xông vào hỗ trợ.
Sau khi hạ gục Vĩnh, Phú và Hải tiếp tục đến chém nhiều nhát vào vùng đầu của Lương, tuy nhiên, do có phản xạ và vật che chắn nên Lương chỉ bị thương tích nhẹ, còn Hiếu khi thấy sự việc đã nhanh chân bỏ chạy nên may mắn không bị thương tích... Kết quả giám định thương tích xác định Trần Nguyên Vĩnh bị thương tích tỷ lệ 14%, Tống Văn Lương là 2%.
Ngày 3/6, Cơ quan CSĐT Công an quận Liên Chiểu đã tiến hành bắt giữ Nguyễn Văn Hải và Đặng Công Lượm; đến ngày 13/6 truy xét bắt được 2 đối tượng Ông Văn Anh Tú và Trần Văn Phú. Riêng Trần Nguyễn Khả Thịnh trước đó đã bị Công an quận Sơn Trà bắt tạm giam vào ngày 13/5, do trong quá trình bỏ trốn tiếp tục gây án tại Sơn Trà.
Từ những tình tiết trong vụ án, Cơ quan CSĐT Công an quận Liên Chiểu xác định, chỉ xuất phát từ mâu thuẫn nhỏ, nhưng các đối tượng Tú, Phú, Hải, Lượm và Thịnh đã có sự bàn bạc, thống nhất và chuẩn bị hung khí, phương tiện để đi gây thương tích cho người khác.
Xét thấy hành vi của các đối tượng là côn đồ, coi thường pháp luật, vì vậy, Cơ quan CSĐT Công an quận Liên Chiểu đã thay đổi quyết định khởi tố vụ án từ "Cố ý gây thương tích" sang "Giết người".