Theo gia đình nạn nhân, trước đó ngày 30/1, Phước ra khỏi nhà với chiếc xe máy cho đến sáng ngày 2/2 thì gia đình nhận được hung tin. Sau khi đến nơi xác minh, gia đình đã nhận dạng Phước.

Sau khi khám nghiệm tử thi, Cơ quan chức năng phát hiện trên thi thể nạn nhân (phía trước ngực và bụng có 2 vết đâm nhỏ). Tuy nhiên, nạn nhân tử vong là do ngạt nước. Tại hiện trường cách nơi phát hiện thi thể khoảng 1km là bờ đập An Trạch, lực lượng Công an phát hiện một chiếc áo ấm, một nịt ngực, 1 đôi dép nữ đang để trên bờ.

Xác định đây là vụ án giết người nên Cơ quan Công an đã lần tìm các mối quan hệ nạn nhân. Từ thông tin của người nhà và quá trình điều tra, Đỗ Thị Phước trước đây có quan hệ tình cảm với Trần Văn Lưu (SN 1992, trú xã Hòa Khương, huyện Hòa Vang, Đà Nẵng) nhưng thời gian gần đây đã chia tay.

Theo đó, tối 30/1, sau khi chở Phước đi đến đập nước An Trạch (xã Hòa Tiến) để nói chuyện tình cảm thì 2 người đã xảy ra xích mích. Sau đó Lưu dùng vật nhọn đâm vào người Phước sau đó xô nạn nhân xuống sông khiến nạn nhân chết đuối.

Gây án xong, Lưu lấy xe máy của nạn nhân cùng chiếc điện thoại rồi bỏ đi. Khi về nhà, Lưu cho một người trong nhóm bạn của mình chiếc điện thoại di động vừa lấy được của nạn nhân, còn xe máy Lưu nhờ một  người tên Hùng đem đến huyện Nam Giang, tỉnh Quảng Nam bán.