Sau khi gây án, đối tượng lạ mặt đã bỏ lại xe máy của mình và chạy ra khỏi khu nhà trọ. Nhiều người dân phát hiện vụ việc cố giữ người này lại, tuy nhiên, đối tượng gây án múa may dao đã kịp thoát. Nhận được tin báo, lực lượng Công an quận Liên Chiểu, Phòng cảnh sát hình sự Công an TP. Đà Nẵng nhanh chóng có mặt khám nghiệm hiện trường điều tra vụ việc. Phó Giám đốc Công an Đà Nẵng, đồng chí Lâm Cô Luynh cũng đã có mặt tại hiện trường chỉ đạo điều tra vụ trọng án này.
Bằng các biện pháp nghiệp vụ đồng bộ, gần 24 tiếng đồng hồ gây án, Công an TP.Đà Nẵng đã xác định Phan Văn Sơn chính là hung thủ gây ra cái chết cho chị Thơm. Đến chiều ngày 18/6, xác định Sơn đang lẫn trốn tại quê nhà, các lực lượng phối hợp đã tiến hành mai phục và bắt giữ khi đối tượng đang có ý định bỏ trốn vào Nam. Tại đây, qua khai thác nhanh, Sơn đã nhanh chóng thừa nhận hành vi của mình
Di lý về Cơ quan điều tra Công an thành phố, bước đầu đối tượng cho biết, do thiếu tiền cá độ bóng đá nên xông vào dãy trọ cướp của, nhưng bất thành, lại gặp sự phản kháng nên rút dao đâm anh Toàn lẫn chị Thơm.
Hiện vụ việc đang tiếp tục mở rộng điều tra
