Chiều tối cùng ngày, Tuấn bế bé Ổi chạy đến nói với chị X. là bé bị ọc sữa nên được người dân xung quanh sơ cứu rồi đưa đi cấp cứu trong tình trạng cơ thể tím tái, thở gấp. Bác sĩ ở phòng khám tại huyện Bù Đốp đã cố gắng cấp cứu nhưng cháu bé không qua khỏi nên gia đình đưa về an táng. Nhận thấy cái chết của cháu bé quá bất thường nên người dân đã trình báo cơ quan Công an.
Ban đầu Tuấn quanh co, chối cãi không nhận đánh cháu Ổi, nhưng với các chứng cứ thu thập được tại hiện trường, cũng như khám nghiệm tử thi, cùng biện pháp nghiệp vụ đấu tranh, Nguyễn Thanh Tuấn đã thừa nhận có hành vi bạo hành với cháu Ổi. Đây không phải là lần đầu đánh bé Ổi, mà trước đó Tuấn cũng đánh cháu bé vì không chịu ăn, nghịch phá.
Theo lời khai của Tuấn, khoảng gần 16h ngày 21/8, sau khi ngủ dậy, Ổi tự đến tủ lạnh lấy sữa rồi nằm xuống nền nhà uống. Thấy vậy, Tuấn bế bé lên giường uống sữa. Sau khi uống sữa xong, Ổi lấy đồ trong tủ lạnh ra phá. Tuấn đánh mạnh vào giữa ngực và bụng của bé. Thấy bé không khóc mà còn liếc nhìn mình, Tuấn bực nên tiếp tục dùng tay đánh vào vùng trán của bé. Bị đánh, bé Ổi ngã xuống nền nhà nên Tuấn bế lên giường. Lúc này, Tuấn thấy miệng, mũi của bé chảy sữa thành hàng nên lấy khăn lau. Thấy bé thở gấp, Tuấn bế đến chỗ chị X. và cùng đưa đi cấp cứu nhưng cháu bé không qua khỏi.
Qua kiểm tra, phát hiện Tuấn dương tính với ma túy. Đối tượng có một tiền án về tội “Tàng trữ trái phép chất ma túy”, ra tù ngày 28/12/2022.