Theo cáo trạng vụ án, chiều 22-8, Thu từ nhà trọ đến công viên Nguyễn Văn Cừ (ở phường Đại Phúc, TP Bắc Ninh) và ngồi xích đu ngay sát khu vườn hoa quan sát xem bé trai nào đang chơi xung quanh để bắt cóc. Khi đang ngồi tại xích đu, Thu nhìn thấy cháu Nguyễn Cao Gia B. (2 tuổi, ở TP Bắc Ninh) mặc quần áo màu trắng đang vui chơi tại công viên. Sau đó, Thu vẫy tay về hướng cháu B. lần thứ nhất nhưng cháu không theo. Một lúc sau, Thu vẫy tay lần hai để gọi và mua cho đồ chơi và cháu Gia B. đi theo. Thu đã đưa cháu bé về phòng trọ tại phường Khắc Niệm, TP Bắc Ninh để thay quần áo.
Tối 21-8, Thu cùng cháu B. ngủ tại phòng trọ tại TP Bắc Ninh. Đến sáng 22-8, Thu thay quần áo cho B. rồi chở cháu đến phòng trọ của anh Đặng Văn B. (người chung sống với Thu) tại Hà Nội và có nói với anh B. đây là con của Thu và B. Tiếp đó, anh B. chở Thu và cháu B. từ Hà Nội về nhà anh B. (ở xóm 16, xã Tân Long, huyện Yên Sơn, Tỉnh Tuyên Quang). Đến 21 giờ 30 phút ngày 22-8, lực lượng chức năng Công an tỉnh Bắc Ninh đã phối hợp với Công an tỉnh Tuyên Quang tiến hành giải cứu cháu B. tại nhà anh B. và bắt giữ Thu.
Tại phiên tòa xét xử, bị cáo Thu khai do bị sảy thai nên muốn tìm kiếm một cháu bé để nói dối với gia đình. Tuy nhiên, Hội đồng xét xử cho rằng, lời biện minh của bị cáo là khó chấp nhận vì cháu bé đã 2 tuổi. Hành vi của bị cáo gây bức xúc cho dư luận, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến gia đình nạn nhân.
Hội đồng xét xử nhận định, bị cáo Thu đã có hành vi chiếm đoạt cháu B. và hành vi phạm tội của bị báo gây ảnh hưởng đến an ninh trật tự tại địa phương, gây bức xúc cho dư luận và quần chúng nhân dân. Do vậy tòa quyết định tuyên phạt bị cáo Nguyễn Thị Thu 5 năm tù về hành vi "Chiếm đoạt người dưới 16 tuổi".