Đến trưa ngày 28/2/2017, một người dân đi thả lưới ở sông (khu vực Lai Xá, xã Thanh Thủy, huyện Thanh Hà) phát hiện một bao tải buộc kín nghi trong đó là thi thể nên đã vớt lên xem. Quả đúng như vậy, bên trong là thi thể nam giới đang phân hủy mạnh. Người này lập tức trình báo lên Công an.

Khi khám nghiệm hiện trường, cơ quan điều tra phát hiện, 2 tay và 2 chân nạn nhân bị buộc chặt bằng dây được bệnh từ vải khăn tang. Kết quả phân tích cho thấy, các mối thít ở tay và chân nạn nhân phải do hai người thực hiện chứ một người không thể làm được.
Ngày 29/3, cơ quan điều tra mời vợ nạn nhân Tấn đến làm việc. Người phụ nữ này nhớ lại ngày 20/3/2017, anh Tấn có úp mở chuyện trúng đề nên đã mang theo giấy tờ tùy thân, điện thoại và nổ máy xe phóng đi, từ đó không về nữa. Cơ quan Công an xác định, anh Tấn có mối quan hệ phức tạp với giới lô đề, cờ bạc nên tập trung điều tra các mối quan hệ này.
Vì hung thủ giết người rất gọn ghẽ, ban đầu chưa tìm ra manh mối gì hữu ích nên Công an phải cử nhiều mũi trinh sát xuống địa bàn rà soát các tụ điểm lô đề, nhất là nơi gần nhà nạn nhân. Một số nhóm trinh sát khác được cử đi các cửa hiệu cầm đồ, nơi mua bán xe máy cũ, cửa hàng điện thoại để tìm kiếm xe máy và điện thoại của nạn nhân song vẫn không có tiến triển mới.

Theo trung tá Lê Minh Hoàn – Phó trưởng Công an huyện Thanh Hà, việc phát hiện tình tiết chiếc dây bện bằng khăn tang là tình tiết rất quan trọng để cơ quan Công an phanh phui ra sự thật. “Ban đầu các đối tượng khai báo quanh co nhưng khi chúng tôi đưa ra chứng cứ các đối tượng đã khai nhận hành vi phạm tội”, trung tá Hoàn cho biết.
Kết thúc điều tra, Công an tỉnh Hải Dương khởi tố Mến và Duy về các tội Giết người, Cướp tài sản và đánh bạc. Tháng 2/2018, TAND tỉnh Hải Dương đã tuyên phạt Mạc Văn Duy tử hình, Nguyễn Thị Mến chung thân về các tội danh trên.