Theo kết quả điều tra ban đầu, khoảng 17 giờ 30 phút ngày 15/4/2020, Phạm Trường Sơn mang xe máy đi cầm cố và mua ma túy để sử dụng tại nhà. Sau đó Sơn cãi vã với vợ là chị Nguyễn Thị Hồng Tươi và bố vợ là ông Nguyễn Xuân Đoát. Trong cơn điên loạn, Sơn lấy dao (dài 20cm, rộng 7cm) chém ông Đoát hai nhát (trong đó một nhát trúng vào đầu phải khâu hai mũi). Chưa dừng ở đó, tấy cháu Đ.T.T (sinh năm 2010, là con riêng của vợ Sơn) đang đứng ở sân nhà ông Đoát, Sơn liền đuổi theo và chém hai nhát vào đầu cháu T , khiến cháu gục xuống đất, ngất xỉu.
Sau khi gây án, Phạm Trường Sơn đã bỏ trốn vào rừng. Công an huyện Mường Ảng đã chỉ đạo các lực lượng tiến hành truy bắt đối tượng. Trong quá trình bị vây bắt, Sơn chống trả quyết liệt, khiến một số chiến sỹ Công an bị thương. Được biết, kết quả kiểm tra bước đầu cho thấy Phạm Trường Sơn dương tính với ma túy.
