Nhận tin, Giám đốc Công an tỉnh Kiên Giang chỉ đạo lực lượng điều tra tội phạm về trật tự xã hội kết hợp Công an huyện Châu Thành nhanh chóng khám nghiệm hiện trường; đồng thời khẩn trương truy tìm hung thủ. Gần 1 giờ sau khi xảy ra vụ cướp, lực lượng điều tra đã bắt giữ hai đối tượng giết người, cướp tài sản gồm: Dương Văn Mạnh Em (SN 1984), ngụ ấp Khương Bình, xã Thới Quản, huyện Gò Quao (Kiên Giang) và Lê Tiến Sĩ (SN 1985, đã có 1 tiền án về tội trộm cắp tài sản), ngụ ấp Tân Phước, xã Giục Tượng, huyện Châu Thành (Kiên Giang).
Theo điều tra bước đầu, Dương Văn Mạnh Em và Lê Tiến Sĩ là hai đối tượng không nghề nghiệp, quen biết nhau cách đây khoảng 2 tháng. Do không có tiền tiêu xài, cả hai bàn nhau đi cướp tiệm vàng. Để thực hiện vụ cướp, Em và Sĩ chuẩn bị sẵn dụng cụ “hành nghề” gồm: 2 dao tự chế (dài khoảng 40cm), 1 kìm cộng lực, bao tay và một số dụng cụ khác. Qua thời gian theo dõi quy luật hoạt động của Tiệm vàng Minh Hiển, biết chủ tiệm vàng ban đêm thường ngủ một mình tại tiệm vàng nên cả hai lên kế hoạch cướp.
Khoảng 1 giờ 50, sáng 25-7, Em và Sĩ dùng kiềm cộng lực cắt khóa cửa tiệm vàng, đột nhập vào trong. Quan sát thấy ông Trương Văn Diêm (SN 1949), chủ tiệm vàng đang nằm ngủ say, Sĩ dùng tay đè nạn nhân để Em dùng dao đâm nhiều nhát vào người rồi tiếp tục cắt đứt cổ, làm ông Diêm chết ngay chỗ. Do vàng cất vào trong két sắt nên không cướp được, bọn chúng lục soát người ông Diêm lấy 1 điện thoại di động, 1 chiếc cái bóp, 2 đồng hồ (loại bỏ túi) và nhiều mặt dây chuyền bằng đá cẩm thạch.
Sau khi lấy được tài sản, Em và Sĩ ném hung khí gây án xuống sông Tà Niên rồi lên xe honda tẩu thoát về hướng Rạch Sỏi. Khi cả hai đi đến đầu đường Tà Niên thì bị lực lượng Công an bắt giữ cùng tang vật.
Việt Tiến