Trước đó, vào khoảng 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, nạn nhân được xác định là P.V.S (SN 1976, ngụ phường Bình Hưng, TP. Phan Thiết).
Qua công tác khám nghiệm tử thi cho thấy nạn nhân bị sát hại rất dã man, trên người nạn nhân có hơn 20 vết thương, trong đó có những vết đâm chí mạng.
Quá trình điều tra, lực lượng Công an gặp nhiều khó khăn như nạn nhân là người đồng tính và có lối sống khép kín. 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. Trước tính chất phức tạp của vụ việc, sáng ngày 16/11, Giám đốc Công an tỉnh đã đồng ý xác lập chuyên án do 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.
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, chia làm 5 tổ. Trước tính chất phức tạp của vụ án, tổ trưởng 5 tổ công tác này do các đồng chí lãnh đạo Phòng Cảnh sát Hình sự và Công an TP Phan Thiết đảm nhận, chỉ đạo trực tiếp công tác điều tra, truy xét từng dấu vết dù là nhỏ nhất. Quá trình đấu tranh, Ban Chuyên án đã sử dụng đồng bộ các biện pháp nghiệp vụ kết hợp với các phương tiện kỹ thuật hiện đại, phát động quần chúng tham gia cung cấp thông tin tố giác tội phạm.
Đến 13 giờ 30 phút ngày 17/11, Ban chuyên án đã xác định được đối tượng nghi vấn thực hiện hành vi phạm tội là Trần Lưu Anh Bạch nên đã mời về làm việc. Bước đầu, đối tượng khai nhận: Khoảng gần 23 giờ 50 phút ngày 14/11, Bạch điều khiển xe máy từ nhà Bạch đến khu vực cầu Trần Hưng Đạo thuộc khu phố 3, phường Đức Thắng, TP Phan Thiết thì nhìn thấy P.V.S vẫy tay gọi nên Bạch quay lại. Lúc này, S rủ "hai anh em mình đi chơi đi". Bạch nhận ra S là người đồng tính nhưng vẫn đồng ý đi. S nói Bạch chạy xuống bờ kè Lạc Đạo, khi đến nơi Bạch dùng dao đâm S nhiều nhát vào người. Sau đó, Bạch điều khiển xe máy chạy về nhà.
Từ lời khai của Bạch, lực lượng Công an đã thu giữ được con dao đối tượng ném vào bụi cây gần nhà. Hiện, lực lượng Công an đã ra quyết định bắt người trong trường hợp khẩn cấp đối với Bạch và đang tiếp tục điều tra, xử lý vụ án theo quy định của pháp luật.