Chiếc xe máy bùng cháy và lan ra toàn bộ khu vực chân cầu thang tầng 1 của nhà trọ. Thấy lửa bùng lên, bị cáo bỏ chạy, cởi áo khoác vứt bỏ tại khu vực cổng nhà trọ rồi lái xe về nhà.
Ngọn lửa bốc lên, làm mất điện toàn bộ khu nhà trọ, hệ thống thang máy không hoạt động được. Những người thuê nhà hoảng loạn bỏ chạy ra khỏi phòng trọ, chen lấn chạy xuống cầu thang bộ, là lối thoát duy nhất của khu nhà để ra bên ngoài.
Trong đó, chị Nguyễn Thị Mai Ánh, đang mang thai, ở trọ phòng 601 nghe tiếng hô hoán thì chạy ra cầu thang bộ nhưng đến tầng 1, chị Ánh bị ngạt khói, ngã vào đám cháy dẫn đến tử vong tại chỗ.
Chị Bùi Thị Vân Anh bế hai con nhỏ chạy ra ngoài, xuống đến tầng 4 thì không thể đi tiếp do khói nhiều, tường, lan can cầu thang rất nóng làm chị và 2 cháu bé bỏng nhiều chỗ.
Nhiều người khác trong nhà trọ cũng bị ngạt và bỏng nhiều nơi trên cơ thể ở các mức độ khác nhau. Gia đình chủ nhà trọ là ông Nghiêm Văn Lý ở tầng 2 đều chạy thoát ra ngoài được.
Nhận được tin báo cháy, Đội Cảnh sát PCCC&CNCH Công an quận Nam Từ Liêm đã nhanh chóng đến hiện trường, dập lửa và hướng dẫn những người mắc kẹt thoát xuống và ra ngoài an toàn.
Đến khoảng 19h30, đám cháy được dập tắt.
Vụ cháy làm hư hỏng 13 xe máy, 1 xe máy điện, 1 xe đạp của những người ở trong tòa nhà. Ngoài ra, nhiều tài sản của chủ nhà trọ cũng bị hư hỏng như 21 bộ điều hòa, hệ thống điện, đèn, máy bơm, quạt, ti vi. Tường, trần toàn bộ nhà, các phòng bị ám khói, bong tróc…
Khám nghiệm hiện trường phát hiện chị Nguyễn Thị Mai Ánh đã bị tử vong, toàn thân bị cháy than hóa, nguyên nhân tử vong là do ngạt khí CO2, sốc bỏng.
Giám định pháp y đối với những nạn nhân trong tòa nhà, anh Nguyễn Mạnh Dũng tổn hại sức khỏe 87%, chị Bùi Thị Vân Anh tổn hại 7%, các con chị Vân Anh một cháu bé tổn hại 18%, một cháu bé tổn hại 4%.
Một số nạn nhân khác bị thương nhẹ trong vụ cháy và từ chối giám định thương tích.