Theo kết quả điều tra ban đầu, khoảng giữa tháng 10/2021, Hồng quen biết và chung sống như vợ chồng với Nguyễn Thị Mỹ, sinh năm 1992, trú tại Khóm 3, phường Châu Phú A, thành phố Châu Đốc, tỉnh An Giang. Trong thời gian sống chung, mỗi khi thấy cháu Nguyễn Mỹ Thiên Kim, sinh ngày 5/4/2021(con riêng của Mỹ) khóc, Hồng tỏ ra bực tức nên đã nhiều lần hành hạ và làm gãy tay cháu. 

Đến khoảng 21 giờ 30 phút ngày 2/11, sau khi Hồng cùng Mỹ và Trần Điền (sinh năm 1997, trú tại phường Châu Phú A) sử dụng ma túy xong, Hồng kêu Mỹ mang điện thoại của Hồng qua nhà hàng xóm sạc pin nhờ; Hồng ở nhà dùng nước đổ vào miệng cháu Kim khiến cháu tử vong. 

Lúc này, Điền đứng gần đó thấy nên đã xô Hồng ra và nói “con nít người ta mà mày làm gì kì vậy”, Hồng trả lời “khóc hoài”. Sau đó, Hồng lấy chanh nặn vào miệng cháu Kim để đánh lừa Mỹ khi hỏi lý do Kim tử vong. 

Khi Mỹ quay về nhà phát hiện con đã chết, Hồng bàn với Mỹ đem đi thiêu nhưng Mỹ không chịu do nghi ngờ Hồng đã giết con mình. 

Đến khoảng 2 giờ sáng ngày 4/11, Hồng cùng Mỹ để cháu vào túi du lịch rồi đem ra bờ kè Công viên 30/4 thuộc phường Châu Phú B, thành phố Châu Đốc (An Giang) chôn để phi tang. Sau khi chôn xong, về nhà Hồng thường xuyên đe dọa giết và dùng hung khí đánh Mỹ gây thương tích. 

Đến trưa 8/11, anh Vũ Công Luận là cha ruột của cháu Kim đến chơi, không thấy cháu nên hỏi Mỹ, Mỹ kêu anh Luận ngồi giữ Hồng để Mỹ đến cơ quan Công an trình báo. 

Sau đó, vụ việc được Cơ quan Cảnh sát điều tra Công an thành phố Châu Đốc báo cáo Ban Giám đốc Công an tỉnh An Giang. Xác định đây là vụ án nghiêm trọng, cần phải nhanh chóng làm rõ để trấn an dư luận, Ban Giám đốc Công an tỉnh An Giang chỉ đạo Phòng Cảnh sát hình sự cử các điều tra viên dày dặn kinh nghiệm nhanh chóng phối hợp cùng Công an thành phố Châu Đốc điều tra làm rõ. 

Do các đối tượng liên quan đều sử dụng ma túy, có mối quan hệ thân thiết với nhau và bị đối tượng Hồng khống chế đe dọa nên bước đầu gặp không ít khó khăn trong việc xác định đối tượng gây án. Tuy nhiên, sau nhiều giờ kiên trì đấu tranh khai thác, cuối cùng Nguyễn Văn Hồng đã thừa nhận giết chết cháu Kim.

Trong quá trình điều tra được biết, Hồng là đối tượng từng có tiền án về tội “Trộm cắp tài sản” mới ra tù tháng 8/2021. Sau khi trở về địa phương, Hồng lại tiếp tục tụ tập các đối tượng nghiện ma túy để đi trộm cắp tài sản bán lấy tiền mua ma túy sử dụng. 

Cơ quan Cảnh sát điều tra Công an tỉnh An Giang đang tiếp tục củng cố chứng cứ để làm rõ hành vi “không tố giác tội phạm” đối với Trần Điền.