Trước đó, khoảng 1 giờ ngày 5/5, Công an huyện Bắc Hà nhận được tin báo của Công an xã Hoàng Thu Phố về việc cháu Vàng Seo M (sinh năm 2018), trú tại thôn Bản Pây, xã Hoàng Thu Phố chết chưa rõ nguyên nhân. Ngay sau khi nhận được tin báo, Công an huyện Bắc Hà đã có mặt tại hiện trường, đồng thời rà soát, sàng lọc những đối tượng trong diện nghi vấn. Qua công tác nghiệp vụ lực lượng chức năng phát hiện nhiều manh mối trên thi thể nạn nhân.
Theo Thượng Tá Nguyễn Đức Công - Phó Trưởng Công an huyện Bắc Hà, qua lời kể của người nhà nạn nhân, người trông cháu M từ chiều 4/5 cũng là người thông báo với gia đình việc cháu M mất tích và cũng là người tìm thấy thi thể cháu M là anh trai (cùng cha khác mẹ) Vàng Seo Vềnh (sinh năm 2001), trú cùng thôn. Khi tìm thấy thi thể nạn nhân, Vềnh đã tự lau rửa và báo với gia đình là M chết tại rãnh hào trong rừng vầu của thôn. Do nghi ngờ nguyên nhân cái chết của cháu M nên người nhà đã chửi mắng Vềnh đồng thời báo Công an. Ngay sau đó Vềnh đã mượn xe máy của bác ruột và bỏ đi khỏi nơi cư trú.
Quá trình điều tra gặp rất nhiều khó khăn khi Cơ quan điều tra chưa xác định được hiện trường vì người chứng kiến duy nhất là Vềnh đã bỏ đi, bản thân Vềnh đã sinh sống ở Trung Quốc nhiều năm. Bằng các biện pháp nghiệp vụ, Đội Cảnh sát điều tra Công an huyện Bắc Hà xác định Vềnh đang ẩn náu tại xã Sín Chéng, huyện Si Ma Cai, tỉnh Lào Cai. Công an huyện đã cử tổ công tác vận động và di lý đối tượng về trụ sở để tiếp tục điều tra làm rõ.
Tại Cơ quan Cảnh sát điều tra, trước những bằng chứng không thể chối cãi, đối tượng Vàng Seo Vềnh đã cúi đầu nhận tội. Do nhiều lần mâu thuẫn với cha đẻ là Vàng Seo Chả trong quá trình chia đất của gia đình, Vềnh đã nảy sinh ý định giết em trai để được chia phần đất của M cho mình. Chiều 4/5 khi bố mẹ đi làm, Vềnh đã đưa em trai đến rừng vầu sau đó sát hại em và chôn xuống đất, sau đó đến khoảng 17 giờ 30 về thôn báo em trai bị lạc. Vềnh đi tìm cùng mọi người nhưng sau đó tách riêng ra, rồi đào xác em trai lên mang đến cách nhà hơn 1 km. Tiếp đó, khi bị mọi người mắng chửi và báo Công an, Vềnh đã mượn xe máy và bỏ trốn khỏi địa phương.
