Thủ tướng yêu cầu Bộ Công an, đề nghị Viện kiểm sát nhân dân tối cao và Tòa án nhân dân tối cao chỉ đạo các cơ quan tiến hành tố tụng tỉnh Điện Biên khẩn trương điều tra, truy tố và sớm đưa các đối tượng phạm tội ra xét xử, áp dụng hình phạt nghiêm khắc nhất theo quy định của pháp luật để trừng trị loại tội phạm dã man, đặc biệt nghiêm trọng này.
Trước đó, vào khoảng 18 giờ 30 phút, ngày 4/2 (tức ngày 30 tết), Cao Mỹ Duyên (sinh năm 1997), con gái chị Trần Thị Hiền trú tại xã Thanh Hưng, huyện Điện Biên, có sử dụng xe máy BKS 27H1 - 7407 chở 13 con gà đi giao cho một người khách lạ tại khu vực C13, phường Thanh Trường, thành phố Điện Biên Phủ. Sau khi Duyên đi khoảng 2 tiếng đồng hồ, gia đình đã nhiều lần gọi điện nhưng Duyên không nghe máy, sau đó điện thoại cũng bị tắt nên gia đình đã đến cơ quan công an trình báo.
Sau khi nhận được tin báo, Ban Giám đốc Công an tỉnh đã chỉ đạo các đơn vị nghiệp vụ tổ chức truy tìm. Đến 9 giờ sáng ngày 6/2 (tức mùng 2 tết), phát hiện chiếc xe máy Duyên dùng để chở gà tại khu vực đội 18, xã Noong Luống, huyện Điện Biên.
Đến 10 giờ 30 phút, ngày 7/2 (tức mùng 3 tết), cơ quan điều tra tiếp tục phát hiện thi thể Cao Thị Mỹ Duyên tại ngôi nhà hoang trước cổng Công ty Công trình giao thông, thuộc khu vực đội 11, xã Thanh Nưa, huyện Điện Biên. Qua khám nghiệm hiện trường, khám nghiệm tử thi, cơ quan công an xác định nạn nhân Cao Mỹ Duyên bị chết do siết cổ.
Xác định đây là vụ án đặc biệt nghiêm trọng gây chấn động dư luận, Công an tỉnh Điện Biên đã kịp thời báo cáo lãnh đạo Bộ Công an và xác lập Chuyên án 219D. Đồng thời khởi tố vụ án giết người theo quy định tại Điều 123 BLHS.
Đến ngày 10/2, Công an tỉnh Điện Biên đã bắt tạm giam đối tượng Vương Văn Hùng (sinh năm 1984). Tiếp tục đấu tranh mở rộng vụ án, ngày 17/2, Cơ quan Cảnh sát Điều tra Công an tỉnh Điện Biên đã ra Quyết định khởi tố vụ án hình sự đối với 5 đối tượng: Bùi Văn Công (sinh năm 1975) trú tại đội 11, xã Thanh Nưa, huyện Điện Biên về hành vi giết người, hiếp dâm, cướp tài sản, tàng trữ chất ma túy và giữ người trái pháp luật; Phạm Văn Nhiệm (sinh năm 1976), trú tại đội 19, xã Thanh Nưa, huyện Điện Biên, về tội giết người, hiếp dâm; Lường Văn Hùng (sinh năm 1991), trú tại bản Na Hý, xã Hua Thanh, huyện Điện Biên và Lường Văn Lả (sinh năm 1991), trú tại bản Mển, xã Thanh Nưa, huyện Điện Biên cùng về hành vi giết người.
Riêng đối tượng Vương Văn Hùng (sinh năm 1984), trú tại khối Tân Thủy, huyện Tuần Giáo, ngoài 2 tội danh giết người và cướp tài sản, thì đến ngày 18/2, sau khi củng cố hồ sơ, Cơ quan Cảnh sát Điều tra Công an tỉnh Điện Biên tiếp tục ra Quyết định khởi tố thêm tội danh hiếp dâm.
Tại cơ quan công an, bước đầu các đối tượng khai nhận vào ngày 01/2/2019 (tức 27 tết), Bùi Văn Công chủ mưu và bàn bạc với Vương Văn Hùng cùng nhau đi cướp tài sản và chỉ cướp của Cao Mỹ Duyên. Đến ngày 3/2 (tức 29 tết), Công hẹn Hùng ra chợ Mường Thanh để chỉ mặt Duyên cho Hùng biết, bàn cách cướp tài sản. Đến khoảng 16 giờ ngày 4/2 (tức 30 tết), Vương Văn Hùng tiếp cận Duyên để dụ dỗ cô mang gà ra địa điểm đã chọn để thực hiện hành vi cướp tài sản. 18 giờ 40 phút cùng ngày, Vương Văn Hùng gọi điện thoại cho Duyên đặt mua 10 con gà và yêu cầu chở đến ngôi nhà hoang tại khu vực bờ mương gần đồi Độc Lập (thuộc đội 11, phường Thanh Trường, thành phố Điện Biên Phủ). Sau khi gặp Duyên, các đối tượng đã dở thủ đoạn đồi bại giam giữ hãm hiếp Duyên xong, sau đó chúng giết cô và phi tang xác.
Sự việc đã gây ra phẫn nộ trong cộng đồng về hành vi đồi bại thú tình của những kẻ trên, đồng thời cộng đồng cũng bày tỏ sự xót thương trước cô gái xấu số. Nhiều ý kiến cho rằng thực hiện các hình phạt như thời trung cổ để tử hình với những đối tượng trên cũng không thể rửa hết tội.