Trước đó, hồi 15h 10 ngày 28-10, Công an phường Yên Ninh, TP Yên Bái nhận được tin báo của ông Nguyễn Đắc Quyền (SN 1973, trú tại tổ 9, phường Nguyễn Thái Học, TP Yên Bái) về cái chết bất thường của em gái là chị Nguyễn Thị Quyên (SN 1976, trú tại địa chỉ trên).
Theo lời khai của anh Quyền tại Đội Cảnh sát hình sự Công an TP Yên Bái thì buổi sáng cùng ngày, anh Quyền nhiều lần liên lạc với em gái nhưng không được. Lo lắng có chuyện không lành xảy ra, anh tìm đến nhà thì phát hiện chị Quyên nằm tử vong trong gian bếp tại nhà riêng...
Sau khi tiếp nhận thông tin, Công an phường Yên Ninh đã phối hợp cùng các đội nghiệp vụ của Công an thành phố và Phòng Cảnh sát hình sự Công an tỉnh Yên Bái tiến hành lập hồ sơ ban đầu, khám nghiệm hiện trường, khám nghiệm tử thi.
Sau đó, chuyển hồ sơ đến Đội cảnh sát Hình sự - Công an thành phố Yên Bái để điều tra, giải quyết theo thẩm quyền.
Trong khi quá trình điều tra đang được tiến hành thì Nguyễn Hải Long đã đến Công an thị xã Nghĩa Lộ, tỉnh Yên Bái đầu thú.
Quá trình điều tra bước đầu xác định: Long và Nguyễn Thị Quyên (SN 1976 cùng có hộ khẩu thường trú tại tổ 9, phường Yên Ninh, thành phố Yên Bái, tỉnh Yên Bái) đăng ký kết hôn từ năm 1995.
Đến năm 2017, họ ly hôn. Sau khi có phán quyết của tòa, chị Quyên cùng con trai thứ hai là Nguyễn Phú Vinh (SN 2011) tại tổ 9, phường Yên Ninh còn Long sinh sống và làm việc tại tỉnh Lào Cai.
Khoảng 12h ngày 26-10, Long từ TP Lào Cai về thăm con trai và ở lại căn nhà là tài sản chung giữa hai vợ chồng còn chị Quyên đi vắng đến tối 27-10 mới trở về nhà.
Đến khoảng 7h 30 sáng ngày 28-10, sau khi đưa cháu Vinh đi học, chị Quyên về dọn dẹp nhà cửa. Trong quá trình này giữa Long và chị Quyên xảy ra mâu thuẫn, cãi nhau vì Long cho rằng chị Quyên không cho cháu Vinh nhận và liên lạc với bố.
Quá trình tranh cãi, do bực tức Long đã xông tới đánh chị Quyên. Khi nạn nhân chống cự thì Long tiếp tục bóp cổ rồi dùng chiếc thớt đập liên tiếp vào đầu vợ cũ..., khiến nạn nhân tử vong.
Sau khi gây án, đối tượng điều khiển xe môtô về nhà bố mẹ đẻ tại thị trấn Nông trường Nghĩa Lộ, huyện Văn Chấn, kể lại việc rồi đến Công an thị xã Nghĩa Lộ, tỉnh Yên Bái để tự thú về hành vi giết người của bản thân.