Theo cáo trạng, khoảng 19h ngày 17/6/2020, Phê cùng 3 thanh niên đưa 2 bé gái 13 tuổi (cùng ngụ xã An Ninh Đông, huyện Tuy An) đến ghềnh Đá Đĩa (thuộc huyện Tuy An) chơi. Lúc sau, một trong 2 bé gái về trước, trong khi các thành viên còn lại vào tiệm internet chơi.
Đến khuya, một người bạn nhờ Phê chở bé gái còn lại về nhà. Trên đường đi, Phê đưa bé gái này tới rừng phi lao và bất ngờ ôm từ phía sau. Khi nạn nhân chống cự và gọi cho chị ruột cầu cứu, gã thanh niên giật điện thoại ném đi, sau đó đuổi theo đánh và bóp cổ đến khi nạn nhân gục ngã, rồi giở trò xâm hại.
Tiếp đó, Phê buộc 2 chân, lấy bao nilon nhét vào miệng, rồi đào hố cạn khoảng 1,5m vùi nạn nhân xuống, rồi lấp cát, lấy lá cây che lại. Hung thủ sau đó ném quần của nạn nhân vào bụi cây, rồi chạy xe về nhà ngoại ngủ.
Đến trưa 19/6/2020, Công an huyện Tuy An xác định Phạm Kim Phê là hung thủ gây ra vụ án nói trên nên tiến hành bắt giữ.
