Tuy nhiên, theo Đại tá Lê Hồng Thắng, Trưởng phòng CSHS CATP Hải Phòng, với quyết tâm tìm ra kẻ gây án, Công an thành phố Hải Phòng đã thành lập ban chuyên án, huy động 300 cán bộ, trinh sát phá thành công vụ án chỉ trong vòng 13 ngày.
Sau khi bộ hài cốt được phát hiện, cơ quan Công an mất 7 ngày để giám định ADN và cho ra kết quả xác định nạn nhân là chị Nguyễn Thu Thanh. Dù biết là khó khăn nhưng cán bộ chiến sĩ Phòng CSHS CATP Hải Phòng quyết tâm đưa kẻ giết người ra ánh sáng. Toàn bộ hiện trường cách đây 13 năm được tái hiện lại.
13 năm trước, khu vực xã Lại Xuân là “công xưởng” khai thác đá của Hải Phòng, nhiều người đổ về làm việc. Cùng với chính quyền địa phương, Ban chuyên án lập danh sách những người có mặt ở thời điểm đó và phân thành 4 nhóm đối tượng được xác định có thể gây án là thợ khai thác đá, công nhân xây dựng, người nghiện và đối tượng hình sự. 13 năm đã có quá nhiều thay đổi, người còn người mất, người chuyển đi nơi khác, số lượng người phải xác minh khá lớn nên lực lượng Công an phải mất 8 ngày để xác minh, đồng thời huy động mọi lực lượng nghiệp vụ tham gia.
Sau nhiều ngày ròng rã, bằng các biện pháp nghiệp vụ, lực lượng Công an đã “khoanh vùng” được 3 đối tượng, trong đó nổi lên là Bùi Trung Thành (sinh năm 1993, là con riêng của bà Nguyễn Thị Hoạt đang ăn ở như vợ chồng với ông Nguyễn Văn Quỳ - chủ nhà và cũng là người đầu tiên phát hiện ra bộ hài cốt). Khi bị triệu tập, cả 3 người không thừa nhận liên quan cái chết của chị Thanh. Trong 3 người, các điều tra viên thấy Thành có “tâm lý đáng ngờ nhất”. Nắm bắt điều đó, Ban chuyên án nhiều lần mời Thành đến làm việc. Biện pháp đấu tranh tâm lý “đánh vào” sự ăn năn, hối hận liên tục được sử dụng. Cuối cùng Thành đã cúi đầu nhận tội.
Thông tin Bùi Trung Thành là hung thủ khiến người dân thôn Pháp Cổ bàng hoàng, bởi Thành gây án khi còn quá trẻ. Trong khi đó, suốt nhiều năm qua, Thành sống khép kín, khá hiền lành, chịu khó và không hề gây xích mích với ai. Bản thân Thành có hoàn cảnh khá éo leo. Trước khi bị bắt, Thành làm nghề lái máy xúc. Từ khi bố mất, Thành ở một mình và sống khép kín, chăm chỉ làm ăn. Thành cũng mới xây nhà được vài năm và dù đã 30 tuổi nhưng chưa lập gia đình riêng.
Gia đình Thành có 4 người gồm bố mẹ và một chị gái, khi Thành được hơn 10 tuổi, bà Hoạt đã ly dị chồng và về ở với ông Quỳ cách nhà khoảng 300m. Bố Thành làm lao động tự do tại các máng khai thác đá và thường xuyên uống rượu, say xỉn. Thành ở cùng bố và lang thang, làm thuê từ mỏ này sang mỏ khác, không được học hành tới nơi tới chốn khi cuộc sống gia đình ly tán.
Khi vụ án xảy ra, cũng là thời điểm bà Hoạt, mẹ của Thành bị bắt vì sản xuất vật liệu nổ trái phép. Trong khi đó, ông Quỳ, chủ căn nhà bỏ hoang cũng đang thụ án vì tội danh khai thác đá trái phép.
Thời điểm xảy ra vụ án, Thành khi ấy mới 17 tuổi, làm nghề lái xe công nông chở đá khai thác lậu. Mặc dù có điều kiện về kinh tế, nhưng Thành lại ngập vào ma túy và cờ bạc. Khi dính nợ nần không có khả năng thanh toán, Thành tính chuyện đi cướp và nhắm vào chị Thanh nhà bán gas vì biết chị có trang sức là dây chuyền vàng đeo trên người.
Ngày 3/12/2010, Thành không gọi điện thoại mà trực tiếp qua cửa hàng nói với chị Thanh chở đến nhà ông Quỳ một bình gas. Do vậy mà thời điểm xảy ra vụ án cơ quan Công an đã không đưa Thành vào danh sách tình nghi do đối tượng không trao đổi bằng điện thoại. Ngôi nhà ông Quỳ nằm ở gần núi, có vườn rộng, khi đó đang bỏ không vì ông Quỳ và bà Hoạt đều đang phải chấp hành án tù. Thành thi thoảng có qua lại nơi này.
Và khi chị Thanh mang gas đến nhà, Thành bất ngờ túm sợi dây chuyền giật mạnh khiến nạn nhân đập đầu xuống đất bất tỉnh. Nghĩ là chị Thanh đã chết, sau khi tháo lấy sợi dây chuyền, Thành bế chị Thanh ra bể nước để không sau nhà giấu xác, hòng che giấu tội ác. Để tránh bị phát hiện, Thành còn dùng cành cây phủ lên miệng, rồi đổ thêm lớp bê tông. Sau đó, Thành mang xe máy của nạn nhân ra đầm cá cách nhà 500m vứt xuống. Còn sợi dây chuyền vàng, Thành mang bán ở cửa hàng vàng xã bên lấy tiền trả nợ và tiêu xài hết. 7 năm sau khi gây án, Thành mới quay lại hiện trường, thấy nắp đã bị vỡ nên tìm cách đậy lại.
Bùi Trung Thành thú nhận, trong suốt 13 năm qua, hắn luôn sống trong nỗi ám ảnh, dằn vặt, sợ hãi. Cũng vì bị ám ảnh về tội ác của mình nên khi khai nhận hành vi phạm tội, Thành nhớ rõ từng chi tiết, phù hợp với chứng cứ, tài liệu thu thập được. Và được sự động viên, giải thích của cán bộ điều tra, đối tượng Bùi Trung Thành đã giữ bình tĩnh, hợp tác với cơ quan Công an trong quá trình lấy lời khai và thực nghiệm điều tra.
Thành khai nhận, mỗi ngày Thành chỉ ngủ được một vài tiếng, còn lại là thao thức vì bị ám ảnh. Nhiều lúc ngồi với bạn bè, người thân, Thành luôn than thở rằng cuộc sống của mình sẽ không biết đi đâu, về đâu. Luôn mong muốn tội ác của mình sẽ không bị bại lộ, nhưng Thành cũng chuẩn bị sẵn tinh thần cho ngày trả giá. Vì vậy nên Thành không lập gia đình, vì lo sợ vợ con sau này sẽ bị liên lụy. Thành còn nghĩ đến việc báo hiếu sớm nên từ sau khi gây án hắn lao vào kiếm tiền xây nhà, trang trải cho mẹ mình trước lúc đền tội.