Ngay sau đó, một tổ công tác được phân công kiểm tra toàn bộ hệ thống camera ANTT và camera nhà dân, cùng lời khai nhân chứng thu được… và tổ công tác khác nhanh chóng lần theo manh mối chiếc tem để lại hiện trường. Qua đó, cơ quan điều tra xác định, thông tin tem thu phí tự động của xe ôtô gây tai nạn để lại hiện trường là do một công ty có địa chỉ ở TP Hà Nội cấp. Tuy nhiên, việc tìm ra chiếc xe đó mang biển số gì, hãng xe nào không hề đơn giản do công ty không cung cấp được đầy đủ thông tin. Quyết tâm không bỏ cuộc, các trinh sát lần theo từng chi tiết nhỏ. Công an huyện Dương Minh Châu cử cán bộ phối hợp cùng Công an nhiều tỉnh, thành phố tra cứu thông tin nhằm sàng lọc đối tượng. Cuối cùng, Ban chuyên án cũng đã xác định được, chiếc xe gây tai nạn là xe ôtô hiệu Toyota (Sienna), BKS 51A-960.38 có địa chỉ tại TP Hồ Chí Minh.
Lần theo chứng cứ thu thập được, các điều tra viên bước đầu xác định, vào ngày 12/11, nhóm đối tượng gồm: Nguyễn Hồng Quân (SN 1993, ngụ phường Thảo Điền, TP Thủ Đức, TP Hồ Chí Minh) cùng với 3 đối tượng khác đi cùng xe ôtô trên đến huyện Tân Châu (Tây Ninh) để ăn đám giỗ. Khoảng 2h ngày 13/11, cả nhóm về lại TP Hồ Chí Minh. Trên đường đi thì gây tai nạn chết người. Mở rộng điều tra, Công an truy tìm được chủ xe BKS 51A-960.38, nhưng khi liên hệ, xác định chủ xe đã đi nước ngoài.
Qua công tác nghiệp vụ, Ban chuyên án xác định Quân, Sĩ Chấn Phát và Ngô Thị Thanh đang lẩn trốn tại phường 8 (quận 5) và phường Bình Trị Đông A (quận Bình Tân). Ban chuyên án đã phối hợp cùng Công an các quận trên địa bàn TP Hồ Chí Minh mời các đối tượng trên đến trụ sở cơ quan Công an lấy lời khai. Thoạt đầu, Quân, Phát, Thảo không khai báo thành khẩn, quanh co chối cãi và đổ lỗi cho Cường là người điều khiển xe ôtô gây ra tai nạn chết người (do Cường còn lẩn trốn). Đồng thời, Phát (con ruột chủ xe) còn cung cấp tài liệu giả về việc chiếc xe trên đã bán cách đây 5 tháng, gây khó khăn cho cơ quan điều tra.
Theo Thượng tá Phạm Ngô Việt Thành, bằng những chứng cứ và lập luận sắc bén của các điều tra viên, biết không thể chối cãi, ngày 17/11, các đối tượng thừa nhận: Vào ngày xảy ra tai nạn, Quân là người lái xe. Quân đã sử dụng ma túy và điều khiển xe ôtô trên với tốc độ cao. Do vậy, đối tượng tông vào xe môtô do anh P. điều khiển khiến nạn nhân tử vong. Sau đó, các đối tượng đem xe ôtô cất giấu tại khu vực phường Phú Trung, TP Thủ Đức.
Mở rộng điều tra, Công an phát hiện, Phát và Quân nghiện ma túy. Khám xét người và nơi ở của Phát tại phường 8, quận 5, Công an thu giữ gần 70 gam ma tuý các loại. Khám xét nơi ở của Quân tại phường Bình Trị Đông A, Công an thu giữ hơn 694 gam ma tuý các loại. Hiện, Cơ quan CSĐT Công an huyện Dương Minh Châu đang tạm giữ hình sự Quân, Phát để điều tra, làm rõ về hành vi điều khiển xe ôtô gây hậu quả nghiêm trọng, tàng trữ trái phép chất ma túy. Đồng thời, cho gia đình bảo lãnh tại ngoại đối với Thảo.