Ngay sau khi tiếp nhận tin báo, Công an phường Từ Liêm khẩn trương tổ chức rà soát, xác minh và nhanh chóng làm rõ 2 đối tượng gây án gồm Nguyễn Duy Khánh (sinh năm 2006, hộ khẩu thường trú tại tỉnh Thanh Hóa), là người ở cùng khu nhà trọ với bị hại và Đào Minh Quân (sinh năm 1999, hộ khẩu thường trú tại tỉnh Lạng Sơn, hiện ở phường Tương Mai, Hà Nội).
Quá trình điều tra xác định, Khánh đã liên hệ với Quân thông qua mạng xã hội để rủ nhau thực hiện hành vi trộm cắp xe máy tại khu nhà trọ nơi Khánh sinh sống. Theo sự bàn bạc từ trước, Khánh mở cổng để Quân đột nhập vào bên trong lấy trộm chiếc xe SH của bị hại.
Sau khi trộm cắp thành công, Quân mang xe cất giấu tại một tòa nhà chung cư, lấy vé gửi xe, còn Khánh chụp ảnh chiếc xe và đăng tải lên mạng xã hội để tìm người mua xe không có giấy tờ.
Tại cơ quan Công an, Nguyễn Duy Khánh và Đào Minh Quân đã thừa nhận toàn bộ hành vi phạm tội.
Công an phường Từ Liêm đã thu giữ các vật chứng liên quan, đồng thời ra Lệnh giữ người trong trường hợp khẩn cấp, Lệnh bắt người bị giữ trong trường hợp khẩn cấp và Quyết định tạm giữ đối với Nguyễn Duy Khánh và Đào Minh Quân để tiếp tục điều tra, xử lý theo quy định của pháp luật.