Theo kết luận điều tra, năm 2018, Đoàn Minh Hải và chị Nguyễn Thị D (28 tuổi, ở cùng khu phố) sống chung với nhau không đăng ký kết hôn và có con chung là bé gái N.Đ.T.V (3 tuổi).
Tháng 9/2020, Tòa án nhân dân thị xã Đông Hòa xét xử, không công nhận Hải và chị D là vợ chồng, giao cháu V cho chị D nuôi dưỡng; Hải có quyền, nghĩa vụ thăm nom con chung mà không ai được ngăn cản. Tuy nhiên, sau đó, Hải nhiều lần đến nhà chị D thăm bé V nhưng bị gia đình chị D ngăn cản, không cho gặp cháu V. Từ đó, giữa Hải và gia đình chị D xảy ra mâu thuẫn.
Khoảng 13 giờ 45 phút ngày 28/5/2022, Hải mang theo một số hung khí vào nhà ông N.C (60 tuổi, bố đẻ chị D) gây ra vụ thảm sát khiến ông N.C, bà L.T.L (58 tuổi mẹ chị D) và chị D tử vong. Sau khi giết người, Hải đóng cửa chính, ẵm cháu V về nhà cha mẹ ruột gửi và bỏ trốn vào TP Hồ Chí Minh.
Vào lúc 19 giờ ngày 29/5, Hải bị Công an tỉnh Phú Yên phối hợp với các đơn vị liên quan bắt giữ tại quận Bình Chánh, TP Hồ Chí Minh. Ngày 30/5, Cơ quan Cảnh sát điều tra Công an tỉnh Phú Yên đã tống đạt quyết định khởi tố vụ án, khởi tố vị can và tạm giam Đoàn Minh Hải để điều tra làm rõ hành vi “Giết người” theo khoản 1, Điều 123 Bộ Luật hình sự 2015.