Trước đó, vào 21 giờ đêm 20-8, Thịnh đến nhà anh Trần Văn Lai, 39 tuổi, ở thôn Tân Xuân, xã Gio Việt (Gio Linh, Quảng Trị) dùng dao chém chết anh Lai ngay trên giường khi đang ngủ. Nhận được tin báo, Công an tỉnh Quảng Trị đã triển khai lực lượng chốt chặn các ngả đường và thực hiện đồng bộ các biện pháp nghiệp vụ vây bắt Thịnh. Công an đã bắt giữ Trần Đình Thịnh khi hắn đang ẩn nấp tại khu lăng mộ thuộc nghĩa địa thôn Tân Xuân và thu giữ tang vật liên quan là một cây dao gây án.
Hung khí Thịnh dùng để giết người bị Công an Quảng Trị thu giữ.
Bước đầu, Trần Đình Thịnh khai nhận đã chém chết anh Lai do mâu thuẫn cá nhân. Thịnh cũng khai nhận, đêm 19-8 đã chém chết vợ mình là Quách Thị Thơm, 30 tuổi, quê ở tỉnh Thanh Hóa tại một nhà nghỉ ở phường An Phú, thị xã Thuận An, tỉnh Bình Dương do nghi ngờ vợ ngoại tình với anh Lai. Sau đó, Thịnh đi máy bay ra Quảng Trị gây ra vụ án mạng trên.
Trong thời gian tới, Công an tỉnh Quảng Trị tiếp tục phối hợp Công an tỉnh Bình Dương thu thập chứng cứ, làm rõ các tình tiết liên quan đến vụ án.