Quá trình chung sống cùng mẹ con chị Nguyễn Thị L, Huyên thấy cháu A có thái độ không nghe lời nên đã nhiều lần hành hạ, đánh đập và giết cháu A để không phải nuôi dưỡng, không để cháu A làm ảnh hưởng đến cuộc sống của Huyên và Nguyễn Thị L.
Lần đầu vào tháng 9/2021, Huyên đã thả bột keo khô công nghiệp (loại bột keo dán gỗ) vào lỗ mũi cháu A. A sau đó được điều trị, bác sĩ đã lấy ra dị vật trong mũi cháu.
Lần thứ 2, ngày 9/10/2021, Huyên mua thuốc diệt cỏ, bỏ vào chai nước ngọt rồi đưa cho A uống. Hậu quả cháu bị nôn ra nước màu xanh trắng. A tiếp tục được đưa đi viện để điều trị.
Lần 3, đến cuối tháng 10/2021, Huyên đã bắt cháu A há miệng ra và nhét 2 chiếc đinh vít vào mồm cháu, sau đó bắt cháu uống nước. Đến khi người trông cháu A phát hiện miệng cháu có dị vật thì thông báo cho mẹ cháu. A được đưa đi viện, các bác sĩ phát hiện trong bụng cháu có 1 chiếc đinh ốc vít. Rất may chiếc đinh này sau đó tự đào thải ra ngoài được.
Lần thứ 4, Huyên đã đánh cháu A làm cháu gãy tay. Khoảng thời gian này vào cuối ngày 24/12/2021.
Lần thứ 5, đây là lần đã khiến cháu A không qua khỏi bởi những đòn hành hạ tàn độc của Huyên. Sáng 17/1/2022, Huyên lấy 1 quả tạ rồi đóng liên tiếp 9 cái đinh vào khu vực xung quanh vùng đỉnh đầu của cháu A.
Theo cơ quan điều tra, Huyên khai nhận còn đóng vào đầu cháu A một số chiếc đinh nữa nhưng Huyên không nhớ rõ.
Cháu sau đó được đưa đi cấp cứu, đến khoảng 22 giờ ngày 12/3/2022, cháu đã tử vong tại Bệnh viện đa khoa Xanh Pôn. Ngày 19/1/2022, Nguyễn Trung Huyên bị Cơ quan Cảnh sát điều tra Công an huyện Thạch Thất, thành phố Hà Nội bắt giữ để điều tra về hành vi "Giết người".
Cáo trạng cũng nêu rõ, trong giai đoạn điều tra vụ án, ông Đỗ Hữu Chức (SN 1954, là ông nội và là người đại diện hợp pháp cho gia đình cháu Đ.N.A) đề nghị xử lý nghiêm minh hành vi của bị can Nguyễn Trung Huyên.
Về bồi thường dân sự, gia đình ông Chức sẽ yêu cầu cụ thể tại phiên tòa khi vụ án được đưa ra xét xử.
Đối với chị Nguyễn Thị L là mẹ của cháu Đ.N.A, kết quả điều tra xác định chị này cùng Nguyễn Trung Huyên thuê trọ chung sống như vợ chồng. Các lần Huyên có hành vi hành hạ, đánh và giết cháu A thì chị không biết nên không đồng phạm với Huyên. Do đó, Cơ quan sát điều tra không đề cập xử lý đối với chị L.