Vào ngày 27/4, cơ quan công an đã khởi tố vụ án gây chấn động này. Nhưng vì thời điểm trước lúc bị bắt, Luận đã uống hàng chục viên thuốc cảm để tự tử, sức khỏe có dấu hiệu xấu, nên cơ quan công an khi đó tạm thời chưa khởi tố bị can.
Kể từ khi bị bắt đến nay, Luận được điều trị và theo dõi ở bệnh viện dưới sự giám sát của công an.
Theo Đại tá Trần Văn Chính, Phó giám đốc Công an tỉnh Bình Dương, thủ trưởng Cơ quan cảnh sát điều tra, đến nay công an đã xác định trong vụ thảm sát này chỉ có một nghi phạm chính là Trần Trọng Luận.
Luận làm việc với cơ quan công an
Như Trí Thức Trẻ đã thông tin, do Luận thường hay sang nhà bà Đào Thị Thu Cúc (54 tuổi, ngụ P.Thái Hòa, TX.Tân Uyên) uống cà phê nên biết Trần Thị Quỳnh Nhi (17 tuổi, con gái bà Cúc). Luận tự nghĩ rằng Nhi coi thường mình nên ôm hận trong lòng và tìm cách trả thù.
Tối 23/4, Luận thua bạc nên có ý định tự tử. Nhớ tới chuyện Nhi "coi thường" nên tới lúc 0h ngày 24/4, Luận mang theo hung khí đột nhập vào nhà của mẹ con bà Cúc, Nhi.
Nghi phạm cạy mái tôn vào nhà thì bị chủ nhà phát hiện nên dùng mã tấu chém bà Cúc tử vong tại chỗ. Sau đó Luận tiếp tục sát hại Nhi và bé Nguyễn Thị Bảo Ngân (8 tuổi, cháu ngoại bà Cúc).
Trong đêm xảy ra thảm án, hàng xóm có nghe tiếng la thất thanh của trẻ em nhưng không ngờ vụ án mạng xảy ra. Cửa nhà trọ của nhiều hàng xóm bên cạnh bị đối tượng dùng dây kẽm buộc khóa từ phía ngoài để người bên trong không mở được.