Ngày 16/4, người nhà chị N. đến cơ quan công an trình báo về việc chị này đã mất tích từ trưa 13/4 sau khi đưa con đi học tại phường Trung Dũng (TP Biên Hòa). Sau khi tiếp nhận thông tin, cơ quan công an vào cuộc điều tra, rà soát xác minh các thông tin liên quan để tìm kiếm chị N.. Sau thời gian điều tra, cơ quan công an đã xác định nghi can liên quan đến việc mất tích của chị N. là Danh Sơn nên triệu tập bác sĩ này đến làm việc.
Tại cơ quan công an, bác sĩ Sơn khai nhận đã sát hại nạn nhân do xuất phát từ mâu thuẫn tình cảm. Sau khi sát hại nạn nhân, nghi can đã phân thi thể thành nhiều phần mang đi bỏ ở nhiều nơi để phi tang nhằm che giấu hành vi phạm tội.
Theo lời khai của Danh Sơn, khoảng 1 năm nay, ông Sơn có quan hệ tình cảm với chị N.. Thời điểm này, cả hai người đã có gia đình riêng. Gần đây, chị N. thông báo đã có thai là con với ông Sơn. Sợ gia đình biết chuyện sẽ ảnh hưởng đến danh dự và công việc của cả hai người nên Danh Sơn đã tìm cách xử lý.
Trưa 13/4, Danh Sơn đang trực tại Bệnh viện Đa khoa Đồng Nai thì chị N. đến nói chuyện, cùng bàn cách giải quyết. Ít phút sau, nghe chị N. than mệt, Danh Sơn đã tiến hành truyền nước cho chị N. tại phòng trực của mình.
Bước đầu cơ quan chức năng xác định, nghi can đã dùng thuốc an thần bơm vào bình truyền nước vượt liều lượng cho phép nhiều lần với mục đích làm cho người tình tử vong. Sau đó, Danh Sơn đã dùng dao mổ phân xác nạn nhân đem phi tang trong Khu công nghiệp ở TP Biên Hòa và ở khu rừng thuộc xã Thiện Tân, huyện Vĩnh Cửu.
Quá trình khám xét nơi ở và nơi làm việc của nghi can này, cơ quan điều tra đã thu giữ một khẩu súng, 5 viên đạn và 2 nhẫn màu vàng nghi của nạn nhân.