Tại buổi họp báo, Công an tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu cho biết: Vào hơn 22 giờ ngày 17/4, chị V.T.T.Th (sinh năm 1994, khu phố 3, phường Long Tâm, thành phố Bà Rịa) cùng em trai và bạn phát hiện cháu P.N.Q.N (sinh năm 2016, là con gái của chị V.T.T.Th) đã tử vong tại gò cát thuộc bãi đất trống cách nhà của chị V.T.T.Th khoảng 100 mét.
Sau khi nhận được thông tin, Công an tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu đã chỉ đạo các phòng nghiệp vụ Công an tỉnh và Công an thành phố Bà Rịa tiến hành khám nghiệm hiện trường, khám nghiệm tử thi và xác minh làm rõ vụ việc. Kết quả khám nghiệm tử thi xác định: cháu P.N.Q.N bị chèn cổ gây ngạt thở dẫn đến tử vong, đồng thời còn bị xâm hại tình dục.
Ngay lập tức, ngày 18/4, Cơ quan Cảnh sát điều tra Công an tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu đã ra quyết định khởi tố vụ án hình sự giết người, hiếp dâm người dưới 16 tuổi và báo cáo Ban Giám đốc Công an tỉnh xác lập chuyên án, áp dụng các biện pháp nghiệp vụ để tiến hành điều tra làm rõ.
Qua rà soát, đánh giá, vào 22 giờ ngày 18/4, Phòng Cảnh sát hình sự-Công an tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu đã tiến hành triệu tập đối tượng Phạm Văn Dũng (sinh năm 1975, trú tại phường Long Tâm, thành phố Bà Rịa, là hàng xóm của cháu P.N.Q.N) đến làm việc.
Qua đấu tranh khai thác, bước đầu xác định được hành vi của Dũng. Khoảng 17 giờ 30 phút ngày 17/4, Dũng đi bộ đến nhà ông N.T.A dự đám giỗ (ở cùng ngõ) và khoảng 20 giờ, Dũng đi bộ về nhà. Thấy nhà khóa cửa nên Dũng biết vợ đang dự tiệc sinh nhật ở nhà mẹ vợ nên Dũng liền đi bộ sang nhà mẹ vợ, nhưng ra đến đầu ngõ, Dũng thấy cháu P.N.Q.N liền nảy sinh ý định xâm hại tình dục. Khi cháu P.N.Q.N phản ứng và la hét, Dũng sợ có người phát hiện nên đã bóp cổ cháu P.N.Q.N đến chết và dùng tay xâm hại tình dục rồi bỏ đi sang nhà mẹ vợ dự tiệc sinh nhật.
Ngày 19/4, Cơ quan Cảnh sát điều tra Công an tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu đã ra quyết định khởi tố bị can và lệnh bắt bị can đối với Phạm Văn Dũng về tội "Giết người" và "Hiếp dâm" người dưới 16 tuổi theo quy định tại Điều 123 và Điều 142 Bộ Luật Hình sự để tiến hành điều tra. Các lệnh, quyết định trên đã được Viện Kiểm sát nhân dân tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu phê chuẩn.
Sau vụ việc, các cấp ủy, chính quyền, Ủy ban Mặt trận Tổ quốc và các ban ngành, đoàn thể từ tỉnh đến thành phố và phường Long Tâm đã đến thăm hỏi, chia buồn cùng với gia đình cháu P.N.Q.N. UBND thành phố Bà Rịa đã khen thưởng nóng Công an thành phố Bà Rịa và Phòng Cảnh sát hình sự (Công an tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu) mỗi đơn vị 10 triệu đồng do có thành tích phá án nhanh.