Ngay sau khi xác định nạn nhân Nguyễn Cao S. (SN 1967, trú tại phường Cốc Lếu, TP. Lào Cai, tỉnh Lào Cai) bị bắn tử vong, các đơn vị nghiệp vụ và phòng PC45 Công an tỉnh Tuyên Quang đã khẩn trương vào cuộc điều tra và truy tìm kẻ gây án.
Qua điều tra, cơ quan công an xác định, loại kim loại đồng có đặc tính đổi màu (thường gọi đồng đen - PV), theo đồn đại có giá trị kinh tế rất lớn, anh Nguyễn Ngọc Sơn (SN 1974, trú tại Lào Cai) được Ma Thanh Toan (SN 1952, trú tại xã Kim Phú, huyện Yên Sơn, tỉnh Tuyên Quang) hứa hẹn sẽ giúp anh Sơn mua được 1 hồ lô bằng đồng đổi màu với giá 15 tỷ đồng.
Tuy nhiên, anh Sơn phải đặt cọc trước 500 triệu đồng cho Toan để làm tin và xem hàng.
Sau đó, anh Sơn đã rủ chị Cao Thị Luyến (SN 1981, trú tại phường Bắc Cường, TP. Lào Cai) góp vốn đặt cọc xem hàng.
Tiếp đó, anh Sơn đã giao cho Toan số tiền đặt cọc trên để sắp xếp xem hàng.
Đặt cọc tiền một thời gian nhưng không thấy Toan thông báo việc xem hàng như đã hứa hẹn, nên anh Sơn nhiều lần gọi điện thúc giục.
Do Toan chần chừ việc xem hàng nên anh Sơn dọa, nếu không sắp xếp được thời gian xem hàng thì sẽ đòi lại tiền đặt cọc và phải "đền" một số tiền.
Sau đó, Toan đã điện thoại thông báo cho anh Sơn về việc xem hàng.
Sáng ngày 25/9, anh Sơn cùng chị Luyến và Lan (em họ Luyến) thuê xe ô tô của anh Nguyễn Cao S. (SN 1967, trú tại tổ 21, phường Cốc Lếu, TP. Lào Cai, tỉnh Lào Cai) từ Lào Cai đến huyện Na Hang (Tuyên Quang) để gặp Toan xem hàng.
Khi đến Na Hang (Tuyên Quang) cả nhóm thuê Trần Minh Phương (SN 1985, trú tại tổ 8, thị trấn Na Hang) làm nghề xe ôm dẫn đường đến điểm hẹn với Toan là đoạn đường cầu Nà Nghè, thuộc thôn Nà Lạ, xã Sơn Phú, huyện Na Hang thì dừng lại.
Khi đến nơi, chị Luyến, anh Sơn cùng Lan xuống xe đi bộ theo đường mòn tìm Toan còn anh Nguyễn Cao S. điều khiển xe quay đầu, đỗ ven đường, tắt máy và ngồi ở vị trí lái đợi.
Thời điểm này, trời đang có mưa nhỏ nên anh Trần Minh Phương cũng lên xe ngồi sau ghế phụ chơi điện tử trên điện thoại.
Khoảng 10 phút sau, anh Phương đang ngồi chơi điện tử thì chợt nghe thấy tiếng nổ "bộp" ở khu ghế lái và có khói màu trắng bốc lên kèm theo mùi khét.
Lúc này, anh Phương hoảng sợ, đi ra ngoài, mở cửa phụ xe, dùng điện thoại bật đèn lên soi thì phát hiện anh S. nằm bất động trên ghế lái, mặt, mũi có nhiều máu.
Sau đó, anh Phương đã gọi điện thoại cho báo cho nhóm anh Sơn quay lại và đưa anh Nguyễn Cao S. đến bệnh viện huyện Na Hang cấp cứu nhưng nạn nhân đã tử vong.
Ngay sau đó, PC45 Công an Tuyên Quang đã bắt giữ Ma Thanh Toan để phục vụ quá trình điều tra.
Tại cơ quan điều tra, Toan khai báo không rõ ràng về khoảng thời gian xảy ra vụ án.
Kiểm tra người đối tượng phát hiện hắn ta giấu 4 viên đạn súng tự chế và 1 vỏ đạn. Căn cứ tài liệu chứng cứ thu thập được, Cơ quan CSĐT đã ra lệnh khám xét khẩn cấp nhà đối tượng Toan tạm giữ số tiền 176 triệu đồng và nhiều giấy tờ liên quan đến việc mua bán thiên thạch.
Biết không thể chối tội, cuối cùng Toan đã phải cúi đầu khai nhận việc mình bắn chết anh Nguyễn Cao S.
Theo đó, sau khi nhận được số tiền đặt cọc 500 triệu đồng của anh Nguyễn Ngọc Sơn để được xem hàng đồng đen, Toan đã tiêu gần hết số tiền đó.
Sau nhiều lần anh Sơn hẹn gặp Toan để xem hàng không được anh Sơn đã đòi Toan trả lại số tiền đã đặt cọc, cho nên Toan nảy sinh ý định bắn dọa anh Sơn và nhóm người đi cùng anh Sơn để họ không dám đòi lên xem hàng và đòi tiền đặt cọc nữa.
Cơ quan CSĐT đã tiến hành truy tìm và thu giữ được khẩu súng mà Toan cất giấu sau khi gây án.