Theo kết quả điều tra ban đầu, khoảng giữa tháng 10-2021, Hồng quen biết và chung sống như vợ chồng với Nguyễn Thị M. (SN 1992, ngụ phường Châu Phú A, TP Châu Đốc). Trong thời gian sống chung, mỗi khi thấy cháu Nguyễn Mỹ T. K. (sinh ngày 5-4-2021, con riêng của M.) khóc, thì Hồng tỏ ra bực tức nên đã nhiều lần hành hạ và làm gãy tay cháu. Tối ngày 2-11, sau khi Hồng cùng M. và Trần Điền (SN 1997, ngụ phường Châu Phú A), sử dụng ma túy xong, Hồng kêu M. mang điện thoại của Hồng qua hàng xóm sạc nhờ. Thế là Hồng ở nhà dùng nước đổ vào miệng cháu K. khiến cháu tử vong.
Sau đó, Hồng lấy chanh nặn vào miệng cháu K. để đánh lừa M. khi hỏi lý do K. tử vong. Khi M. quay về nhà phát hiện con đã chết, Hồng bàn với M. đem đi thiêu nhưng M. không chịu do nghi ngờ Hồng đã giết con mình. Đến khoảng 2 giờ sáng ngày 4-11, Hồng cùng M. để cháu vào túi du lịch rồi đem ra bờ kè Công viên 30/4 thuộc phường Châu Phú B, chôn để phi tang. Sau khi chôn xong, về nhà Hồng thường xuyên đe dọa giết và dùng hung khí đánh M. gây thương tích. Đến trưa ngày 8-11, anh V. C. L. (là cha ruột của cháu K.) đến chơi, nhưng không thấy cháu nên hỏi M., Tại đây, M. kêu anh L. giữ Hồng để M. đến cơ quan công an trình báo sự việc.
Ngay lập tức, Công an TP Châu Đốc báo cáo Ban Giám đốc Công an tỉnh An Giang cử các điều tra viên dày dặn kinh nghiệm tiến hành điều tra làm rõ. Do các đối tượng liên quan đều sử dụng ma túy, có mỗi quan hệ thân thiết với nhau và bị Hồng khống chế đe dọa, nên bước đầu gặp không ít khó khăn trong việc xác định kẻ gây án. Tuy nhiên, sau nhiều giờ kiên trì đấu tranh khai thác, cuối cùng đối tượng Nguyễn Văn Hồng đã thừa nhận sát hại cháu K.
