Sau khi vụ án xảy ra, CAH Ba Vì phối hợp cùng Phòng CSHS - CATP tổ chức khám nghiệm tử thi, truy tìm hung thủ. Tại hiện trường, cơ quan điều tra thu được 1 chiếc kéo. Ông Tuấn vốn là nhân viên Trung tâm Nghiên cứu bò và đồng cỏ Ba Vì, qua thu thập, rà soát, người dân cho biết, ông sống hiền lành không có thù tức với ai. Chiều hôm ấy, sau khi đi bán sữa, ông Tuấn có dắt trâu sang bên kia suối cho trâu ăn cỏ. Khu vực nhà ông Tuấn là vùng đồi núi nên dân cư sống thưa thớt, cỏ trồng rậm rạp, khi vụ án xảy ra không có nhân chứng.
Với hiện trường và thương tích trên thi thể, ban đầu, các ĐTV nhận định, khả năng kẻ trộm đột nhập vào vườn nhà gây nên xô xát dẫn đến án mạng. Theo hướng này, các ĐTV CAH Ba Vì tập trung rà soát đối tượng trong khu vực và phát hiện một chi tiết đáng chú ý, đối tượng Nguyễn Văn Nhâm, SN 1972, trú ở xóm 1, Vân Hòa gần nhà ông Tuấn có vết xước và vết thâm tím trên mặt. Còn chiếc kéo được con Nhâm nhận là của gia đình. Chiều 15-9, Nhâm được triệu tập đến cơ quan công an. Qua đấu tranh, Nhâm thú nhận là thủ phạm gây nên cái chết của ông Tuấn.
Cách đây 3 năm, có lần Nhâm phát hiện ông Tuấn sang khu ruộng cỏ nhà mình nên nghi ông cắt trộm cỏ, hai bên đã xảy ra cãi vã, xô xát. Từ đấy giữa hai người luôn “giữ thế” với nhau, mặc dù đều là nhân viên Trung tâm Nghiên cứu bò và đồng cỏ Ba Vì.
Đến khoảng 17h chiều 13-9, sau khi uống vài chén rượu ở nhà bố vợ về, Nhâm phát hiện ông Tuấn dắt trâu qua suối, thả gần ruộng cỏ của nhà anh ta, tay cầm sợi dây thừng. Nghĩ rằng, ông Tuấn lại định cắt trộm cỏ, Nhâm lấy cây gậy bạch đàn và cầm chiếc kéo chạy ra đuổi đánh. Ông Tuấn bỏ chạy đến bờ suối thì bị Nhâm đuổi kịp. Mặc dù ông vẫn đang đội mũ bảo hiểm nhưng Nhâm dùng gậy đánh vào đầu khiến ông choáng, gục xuống. Cố chạy về đến vườn nhà nhưng ông Tuấn bị Nhâm đánh liên tiếp nhiều nhát vào đầu, vào người dẫn đến bất tỉnh. Sau đó, Nhâm bỏ chạy thục mạng qua ruộng cỏ về nhà và bị cỏ cứa xước đầy mặt, đầy tay.
