Bước đầu qua điều tra, cơ quan Công an xác định, vào khoảng 3 giờ 30 sáng 5-3, Châu Việt Cường cùng một nhóm bạn trong đó có chị T.M.H., (20 tuổi, ở Chương Mỹ, Hà Nội) đến nhà Phạm Đức Thế ở phố Nguyễn Văn Ngọc để sử dụng ma túy và quan hệ tình dục.
Đến khoảng 8 giờ cùng ngày, Châu Việt Cường bị ảo giác nghĩ chị H. bị ma nhập nên Cường đã đi lấy tỏi rắc quanh nhà, sau đó đè chị H. ra nhét tỏi vào miệng chị H. để "trừ ma" khiến nạn nhân tắc thở và tử vong. Qua tiến hành pháp y tử thi, lực lượng chức năng đã tìm thấy hơn 30 nhánh tỏi và củ tỏi trong miệng chị H., gây tắc phế quản, tắc đường hô hấp. Đây là nguyên nhân khiến chị H. tử vong.
Trước đó vào sáng 5-3, người dân sống ở khu tập thể trên phố Nguyễn Văn Ngọc phát hiện ca sĩ Châu Việt Cường từ cầu thang bộ chạy ra đường với những biểu hiện bị phê ma túy. Chạy ngay sau Cường còn có một cô gái trẻ khác, kèm theo lời kêu cứu, nhờ người dân sống cùng khu tập thể gọi hộ xe cấp cứu. Khi lực lượng chức năng có mặt thì phát hiện trong căn phòng mà ca sĩ Châu Việt Cường ở cùng một số người khác vào đêm hôm trước có một cô gái trẻ đã tử vong.
Ngay sau khi phát hiện cái chết của chị H, Cơ quan CSĐT Công an quận Ba Đình đã tiến hành triệu tập và tạm giữ Châu Việt Cường cùng một số người có liên quan để tiến hành điều tra làm rõ. Đáng chú ý khi bị triệu tâp Châu Việt Cường vẫn trong tình trạng bị ảo giác do phê ma túy. Được biết, Châu Việt Cường thường xuyên bị người hâm mộ tố cáo về những tai tiếng liên quan tới hành vi côn đồ, ẩu đả và cả hiếp dâm gây xôn dư luận.