Theo đó, bằng các biện pháp nghiệp vụ và được sự phối hợp của các cơ quan chức năng, ngay sau khi sự việc xảy ra sáng ngày 7-9, cơ quan điều tra Công an quận Hoàng Mai phối hợp với Viện Kiểm sát nhân dân cùng cấp tiến hành khám nghiệm hiện trường và tổ chức điều tra.
Hai đối tượng Cường và Thuận tại cơ quan công an. Công an TP Hà Nội nhận định, vụ việc này là vụ án “Cố ý gây thương tích”, nguyên nhân do mâu thuẫn xã hội, liên quan đến hoạt động mua bán dụng cụ cờ bạc bịp; đối tượng gây án có hiểu biết về việc sử dụng vật liệu nổ, các loại kíp nổ, việc gây nổ làm bị thương nhiều người, gây hoang mang trong dư luận quần chúng nhân dân, gây mất an ninh trật tự trên địa bàn TP Hà Nội.
Cơ quan điều tra đã cử nhiều tổ trinh sát tinh nhuệ xác minh tại các tỉnh Thanh Hóa, Ninh Bình, Hải Phòng, Yên Bái, Lai Châu; cụ thể đến ngày 14-9, Công an quận Hoàng Mai phối hợp với Đội 9 - Phòng Cảnh sát hình sự Công an TP Hà Nội bắt giữ được các đối tượng Phạm Hùng Cường (sinh năm 1989, hộ khẩu tại quận Lê Chân, TP Hải Phòng) và Hà Huy Thuận (sinh năm 1988; hộ khẩu ở huyện Yên Bình, tỉnh Yên Bái).
Theo kết quả điều tra, từ tháng 9-2018, Phùng Văn Dũng, Trần Khánh Duy làm nghề buôn bán thiết bị, phần mềm chơi cờ bạc bịp (điện thoại đổi bài, điện thoại đánh bài, kính áp tròng nhìn bài, ví đổi bài, áo đổi bài, bát hình xóc đĩa có gắn camera, quân từ chơi xóc đĩa, phần mềm hack game xóc đĩa, máy sửa tin nhắn lô đề) trên mạng Internet và sử dụng điện thoại đăng kèm để các khách hàng liên hệ mua.
Tháng 2-2019, Hà Huy Thuận có liên lạc với Phùng Văn Dũng mua một máy điện thoại HTC có cài đặt phần mềm sửa nội dung tin nhắn trên điện thoại với số tiền 7.000.000 đồng để đánh bạc bịp nhưng không sử dụng được.
Sau đó, Thuận liên lạc lại với Dũng để đòi lại tiền nhưng Dũng không nghe máy, từ đó Thuận nảy sinh việc mua kíp nổ chế tạo gửi cho Dũng với mục đích đe dọa đòi lại tiền (bản thân Thuận có kiến thức về chế tạo kíp nổ). Tháng 3-2019, Thuận lên mạng tìm hiểu và mua 4 kíp nổ với số tiền 200.000 đồng và cất giấu tại nhà.
Do Cường cùng làm nghề buôn bán công cụ đánh bạc bịp nên Cường rủ Thuận hỗ trợ buôn bán thiết bị đánh bài bịp. Khi xuống nhà Dũng ở, Thuận có mang theo 4 kíp nổ.
Sáng ngày 7-9, khi nhận được gói hàng do Thuận gửi lên, Trần Khánh Duy cùng Phùng Văn Dũng đến quán nước chè trước cửa ki ốt số 10 HH3A Linh Đàm, mở gói hàng thì phát nổ làm Duy, Dũng, Phương, Vinh, và bà Hương (chủ quán nước) bị thương.
Khoảng 10 giờ ngày 7-9, Cường đọc báo thấy đăng tin vụ gây nổ ở tòa nhà HH3A Linh Đàm làm bị thương nhiều người nên rủ Thuận trốn. Đến ngày 14-9, khi Cường, Thuận đang trốn tại thị trấn Phong Thổ, Lai Châu thì bị cơ quan công an phát hiện và bắt giữ.
