Tối 3/3, theo Công an huyện Thường Tín, qua công tác điều tra ban đầu, hai đối tượng An và Lành (là 2 cô giáo trông trẻ tại điểm trông trẻ tự phát ở xã Vạn Điểm) đã khai nhận, tại thời điểm cháu Đ. được gửi tại lớp, cháu tự ngã và không có tác động bên ngoài.
Nhưng sau nhiều giờ đấu tranh khai thác, hai đối tượng lại thay đổi lời khai với nội dung khác nhau. Đối tượng Lành khai nhận là đi lùi vào cháu Đ. làm cháu ngã ra nền nhà, trong khi đối tượng An khai nhận là có bế cháu bé trên tay nhưng trượt tay khiến cháu ngã đập đầu xuống đất.
Chân dung hai đối tượng bạo hành cháu bé dẫn đến chấn thương sọ não và tử vong.
Xác định có nhiều mâu thuẫn giữa hai lời khai của An và Lành, Cơ quan điều tra tiếp tục đấu tranh cuối cùng, hai đối tượng phải thừa nhận đã có hành vi hành hung, đánh đập, bạo hành dẫn đến thương tích của cháu Đ.
Cụ thể, khoảng 7 giờ 30 phút ngày 23/2, cháu P.T.Đ. được mẹ đưa đến giao cho An và Lành trông giữ cùng 6 bé khác. Đến khoảng 9 giờ cùng ngày, hai đối tượng đưa các cháu vào phòng ngủ để quản lý thì cháu Đ. khóc chạy ra bên ngoài cửa lớp đứng. Thấy vậy, Lành và An liền dùng tay, chân bạo hành cháu dã man. Đến 16 giờ 30 phút cùng ngày khi gia đình đến đón cháu Đ. thì được hai đối tượng cho biết cháu bị ngã.
Kết quả sơ bộ xác định nguyên nhân tử vong của cháu Đ. là chấn thương sọ não, chảy máu và phù não. Qua đấu tranh, hai đối tượng này còn khai nhận đã nhiều lần bạo hành cháu Đ. để rèn vào quy củ của lớp vì cháu là học sinh mới.
Hiện Cơ quan Cảnh sát điều tra Công an huyện Thường Tín đang tiếp tục phối hợp với các đơn vị nghiệp vụ của Công an TP Hà Nội, Viện Kiểm sát nhân dân huyện Thường Tín, Viện Kiểm sát nhân dân TP Hà Nội tổ chức thực nghiệm điều tra, dựng lại hiện trường và thu thập chứng cứ, tài liệu phục vụ điều tra.