Trở lại với khoảng thời gian 0 giờ 15 phút, ngày 15/11, người dân phát hiện một người đàn ông nằm bất động trên vũng máu ở đường Hàn Thuyên, phường Lạc Đạo, TP. Phan Thiết. Sự việc ngay sau đó được báo cho Công an phường Lạc Đạo. Nhận tin báo lực lượng Công an đã nhanh chóng có mặt tại hiện trường điều tra vụ việc. Qua khám nghiệm ban đầu, nạn nhân được xác định là P.V.S (SN 1976, phường Bình Hưng, TP. Phan Thiết). Vụ việc đã gây chấn động dư luận khi hung thủ ra tay rất tàn độc, trên người nạn nhân có đến 26 vết thương do vật sắc nhọn gây ra trong đó có nhiều vết thủng tim, phổi... Quá trình điều tra gặp nhiều khó khăn như nạn nhân là người đồng tính có mối quan hệ khép kín, không có mâu thuẫn với ai. Nạn nhân không sử dụng điện thoại di động, địa điểm xảy ra vụ án không có nhà dân, không có đèn đường, thời gian xảy ra lúc đêm khuya, vắng người qua lại. Hiện trường vụ án ngoài tử thi của nạn nhân thì gần như không có một dấu vết nào có giá trị.
Trước tính chất phức tạp của vụ việc, sáng ngày 16/11, Giám đốc Công an tỉnh đã đồng ý xác lập chuyên án truy xét do đồng chí Đại tá Huỳnh Ngọc Liêm - Phó giám đốc, Thủ trưởng trưởng Cơ quan Cảnh sát điều tra Công an tỉnh làm Trưởng ban chuyên án để tập trung lực lượng, phương tiện kỹ thuật điều tra làm rõ vụ án trong thời gian sớm nhất. Ngay sau khi xác lập, Ban chuyên án đã huy động gần 100 cán bộ, chiến sỹ gồm lực lượng Cảnh sát Hình sự Công an tỉnh và Cảnh sát Hình sự Công an TP. Phan Thiết tham gia. Các lực lượng chia làm 5 tổ do các đồng chí lãnh đạo Phòng Cảnh sát Hình sự và Công an TP Phan Thiết làm tổ trưởng, chỉ đạo trực tiếp công tác điều tra, truy xét từng dấu vết dù là nhỏ nhất. Đồng thời điều động các trinh sát dày dạn kinh nghiệm của Phòng Cảnh sát Hình sư và Công an TP. Phan Thiết tham gia phá án. Các trinh sát đã trích xuất camera của từng hộ dân xung quanh khu vực vụ án xảy ra, rà soát tất cả các mối quan hệ của nạn nhân thường ngày. Các trinh sát xác định ông S là người hiền lành, không có mâu thuẫn với ai, chỉ thường xuyên chơi game bắn cá ở khu vực trung tâm TP. Phan Thiết nên lãnh đạo Ban chuyên án quyết định quay lại các giả thuyết tại hiện trường, kết hợp phát động phong trào quần chúng tố giác tội phạm.
Hàng chục trinh sát hình sự cũng được tung xuống địa bàn Phan Thiết, La Gi, Hàm Thuận Bắc, Đồng Nai, Bà Rịa - Vũng Tàu, TPHCM… để thu thập thông tin. Công an tỉnh cũng yêu cầu Công an các đơn vị, địa phương rà soát các đối tượng khả nghi trên địa bàn mình quản lý. Tuy nhiên, sau 48 giờ giờ làm việc bất kể ngày đêm những manh mối mà các trinh sát thu được gần như bằng không, dấu vết về hung thủ như “chìm trong màn đêm”. Hàng chục đối tượng tình nghi lần lượt được triệu tập nhưng kết quả thu được vẫn không khả quan. Lúc này, lực lượng tham gia chuyên án đã rất mệt sau 2 ngày không ngủ truy tìm dấu vết. Với quyết tâm phán án trong thời gian sớm nhất, các trinh sát tiếp tục được tung xác định các mối quan hệ của nạn nhân và đến các khu vực khả nghi rà soát hệ thống camera dọc các tuyến đường.
Sáng ngày 17/11, một thông tin quý hơn vàng đã được các trinh sát báo về. Hệ thống camera ghi lại cảnh vào khuya ngày 14/11, cách thời điểm người dân phát hiện vụ việc không lâu, anh S được một người đàn ông chở đi bằng xe máy. Hướng di chuyển của chiếc xe chính là hướng về khu vực bờ kè phường Lạc Đạo. Xác định đây là chìa khóa để phá án, tất cả thành viên ban chuyên án được yêu cầu tập trung truy xét, tìm kiếm hướng đi của đối tượng. Tuy nhiên, đối tượng này di chuyển rất nhanh và biết cách né các vị trí có camera. Thời điểm này vào đêm khuya nên camera chỉ ghi lại được hình dáng chiếc xe.
Với quyết tâm phá án trong thời gian nhanh nhất, các trinh sát tham gia chuyên án đã sử dụng đồng bộ các biện pháp nghiệp vụ kết hợp với các phương tiện kỹ thuật hiện đại qua đó đã xác định được loại xe mà đối tượng sử dụng. Căn cứ các tình tiết thu được, tất cả các trinh sát được tung xuống địa bàn phối hợp với lực lượng Công an phường phía nam sông Cà Ty tiến hành rà soát các đối tượng khả nghi. Đến trưa ngày 17/11, các trinh sát đã xác định được Trần Lưu Anh Bạch là đối tượng có chiếc xe và hình dáng giống với đối tượng được camera ghi lại nên đã mời về làm việc.
Tại cơ quan Công an, Bạch khai nhận có liên quan đến vụ án mạng ngày 15/11. Nhưng thời điểm này Trần Lưu Thanh Bạch vẫn còn phê ma túy, có biểu hiện ngáo đá. Y liên tục thay đổi lời khai, lúc thế này, khi thế khác. Lúc đối tượng khai ném hung khí xuống biển, lúc lại nói quăng đi đâu không rõ. Trước tình huống này, Ban chuyên án đã họp lại đánh giá chứng cứ, lời khai của đối tượng. Bởi với những kẻ đang bị ngáo đá thì lời khai của chúng chưa chắc đã là sự thật. Với quan điểm “trọng chứng hơn trọng cung”, Ban chuyên án đã quyết định tìm kiếm cho được hung khí liên quan đến vụ án. Một đối tượng người nhái đã được điều động đến vị trí vụ việc xảy ra để lặn xuống biển tìm chứng cứ nhưng bất thành.
Ban chuyên án một mặt tổ chức trưng cầu giám định các dấu vết thu được, một mặt cử người túc trực giám sát chờ đối tượng Bạch tỉnh lại để tiếp tục xác minh lời khai. Đến 10 giờ sáng ngày 18/11, các trinh sát báo về đã thu giữ được con dao đối tượng ném ở bụi rậm sau nhà. Lúc này, Ban chuyên án mới trút được gánh nặng, cởi bỏ lo lắng, tất cả lời khai, chứng cứ thu thập được đủ để chứng minh Trần Lưu Thanh Bạch là kẻ thủ ác gây ra vụ án mạng chấn động dư luận vào đêm ngày 15/11.
Bước đầu Trần Lưu Anh Bạch khai do phê ma túy, thèm nhậu nên đêm 14/11, Bạch chạy xe quanh khu vực trung tâm Phan Thiết để tìm bạn nhậu. Khoảng 23 giờ Bạch đi đến khu vực cầu Trần Hưng Đạo thì gặp ông S đang đi bộ. Lúc này ông S ngoắc tay nên Bạch quay xe lại chở ông S ra bờ kè Phan Thiết, đoạn cuối đường Hàn Thuyên. Theo Bạch, khi đến bờ kè Lạc Đạo vừa dựng xe, do bị ông S quấy rối, đòi quan hệ tình dục nên Bạch tức giận dùng dao mang theo sát hại nạn nhân rồi chạy xe về ném dao phi tang rồi vào nhà tắm rửa, đi ngủ bình thường.
Hiện Ban chuyên án đang tiếp tục đấu tranh với đối tượng Bạch, hoàn tất việc điều tra, sớm đưa đối tượng ra xử lý trước pháp luật.