Đến khoảng 21 giờ cùng ngày, trong lúc đi tìm, Tuyến thấy 1 thanh niên chạy xe máy chở chị Thủy nên đuổi theo nhưng không kịp.
Sau khi về nhà lấy dao, Tuyến tiếp tục đi tìm thì thấy chị Thủy ngồi trên xe taxi. Tuyến tới kéo chị Thủy ra ngoài và hỏi: "Từ lúc về đến giờ đi đâu, cho mày thêm cơ hội nữa, nói thật đi lúc nãy mày đi đâu" thì chị Thủy trả lời "Đi làm tóc".
Tức giận, Tuyến đấm đá vào người chị Thủy. Chị Thủy vùng chạy và gặp anh Nguyễn Ngọc Sơn (anh trai chị Thủy) nên leo lên xe đóng cửa lại. Lúc này, Tuyến cũng đuổi kịp rồi dùng dao đâm liên tiếp nhiều nhát vào người chị Thủy.
Sau khi được can ngăn, Tuyến về nhà lấy quần áo bỏ trốn. Còn chị Thủy được đưa đến Bệnh viện Đa khoa vùng Tây Nguyên cấp cứu nhưng đã tử vong.
Đến ngày 23-1, Nguyễn Hữu Tuyến đến Phòng Cảnh sát hình sự - Công an tỉnh Đắk Lắk đầu thú và khai nhận hành vi phạm tội.