Người thanh niên bị sát hại là dân ở gần hiện trường án mạng, tung tích nạn nhân đã được xác định là Trần Quốc Khải, 23 tuổi, trú ở tổ 20, khóm Tây Bắc 1, phường Vĩnh Hải, TP Nha Trang. Từ đầu mối thông tin này, các trinh sát hình sự, điều tra viên lật lại mối quan hệ sinh hoạt của nạn nhân trước đó và đã tìm ra nghi can đầu tiên là Đặng Minh Tiến, 21 tuổi, trú ở thôn Mỹ Lợi, xã Ninh Lộc, thị xã Ninh Hòa. Trưa 18/9, Tiến rủ rê một số bạn bè bày cuộc nhậu tại phòng trọ.
Trong số những người nhập cuộc có Lương Công Hoàng, 29 tuổi, trú ở 1A Phú Xương, phường Vĩnh Hải, TP Nha Trang; Tôn Thất Bảo, 24 tuổi, trú ở thôn Ngọc Diêm, xã Ninh Ích, thị xã Ninh Hòa, tỉnh Khánh Hòa; Nguyễn Anh Nhựt, 23 tuổi, trú ở thôn Bình Phụng, xã Bình Quế, huyện Thăng Bình, tỉnh Quảng Nam; Phạm Thanh Hoàng, 19 tuổi, trú ở thôn Vạn Trung, xã Ân Hảo Tây, huyện Hoài Ân, tỉnh Bình Định và Trần Quốc Khải - nạn nhân trong vụ án.
Khi đã chếnh choáng men rượu, những câu nói bông đùa thiếu tế nhị buông ra, dẫn đến cuộc cãi vã gay gắt giữa Tiến và Bảo, nhưng đã được đám bạn can khuyên. Cuộc nhậu tiếp diễn đến 15h cùng ngày, Bảo rủ cả nhóm đến quán thịt chó ở đường Điện Biên Phủ, phường Vĩnh Hòa. Khi đến gần điểm giao nhau giữa đường Nguyễn Xiển với đường sắt xuyên Việt, Khải dừng xe, bước vào quán giải khát bên đường nói chuyện với một nhóm bạn khác. Trong chớp nhoáng, hai người trong nhóm bạn của Khải bước ra đánh Tiến, nhưng Hoàng can ngăn, chở Tiến về nhà trọ.
Nghi ngờ Trần Quốc Khải đã tạo dựng "màn kịch" để nhóm thanh niên nọ hành hung mình nên Đặng Minh Tiến lận lưng con dao, rồi "điều" thêm Phạm Văn Trong, 21 tuổi, trú ở khu Hòn Nghê, xã Vĩnh Ngọc, TP Nha Trang; Võ Hoàng Hải, 21 tuổi; Đinh Văn Thiện, 17 tuổi, cùng trú ở thôn Mỹ Lợi, xã Ninh Lộc, thị xã Ninh Hòa lùng tìm Khải để "xử". Khi thấy Khải từ quán cà phê Apple bước ra đường Nguyễn Xiển, Tiến ập tới cao giọng: "Vì sao anh cài người đánh tôi?".
Khải chỉ mới thanh minh: "Anh đâu có biết", Tiến đã xông tới vung dao đâm nhiều nhát vào bụng. Nạn nhân ôm vết thương chạy xuống gần cổng phụ Trường Cao đẳng Sư phạm Trung ương - Nha Trang đã bị Hải cản chân làm Khải ngã xuống đường, Tiến lao tới đâm nhiều nhát dao vào lưng Khải. Dù nạn nhân đã gục ngã, bất động, nhưng Tiến vẫn cầm đá ném vào đầu trước khi lên xe máy cùng đồng bọn tẩu thoát.
Gần 23h ngày 19/9, trong lúc Tiến đang nép mình nơi góc tối trong quán cà phê Mây Ngàn ở thị trấn Tô Hạp, huyện Khánh Sơn thì mũi trinh sát cải trang khách hàng ập tới vây bắt sau 25 giờ kể từ khi gây án. Biết không thể né tránh nên hai đối tượng đồng phạm Võ Hoàng Hải, Phạm Văn Trong đã ra đầu thú