Tại đây, Thanh đã dùng dao chém 2 nhát vào người chị N. Hậu quả chị này bị thương nặng phải nhập viện cấp cứu. Theo kết quả giám định, tổng tỉ lệ tổn thương cơ thể do các thương tích gây nên là 49%.
Sau khi gây án, Thanh đã mang theo hung khí lẩn trốn vào rừng thuộc Vườn Quốc gia Phong Nha Kẻ Bàng ở địa phận xã Thượng Trạch, huyện Bố Trạch.
Đến 11 giờ 40 ngày 30/9, sau quá trình truy lùng gắt gao của lực lượng làm nhiệm vụ, Thanh đã đến đầu thú tại Công an thị trấn Phong Nha.
Tại cơ quan công an, Nguyễn Chí Thanh đã thừa nhận hành vi phạm tội của mình.