Theo cáo trạng, trong thời gian đi cai nghiện ma túy tại Trung tâm cai nghiện Sông Thao (huyện Trảng Bom, Đồng Nai), Thịnh và chị Phạm Hương Thảo, nhân viên trung tâm cai nghiện có tình cảm với nhau.

Đến tháng 11/2011, cả hai tổ chức hôn lễ và chung sống tại nhà chị gái của Thịnh ở quận Gò Vấp, TP.HCM. Do ghen tuông và nghi ngờ Thảo để ý người đàn ông khác nên cả hai thường xuyên xảy ra mâu thuẫn.

Sáng 25/12/2011, chị Thảo kêu Thịnh dậy uống thuốc phơi nhiễm HIV rồi cả hai lấy "hàng đá" ra sử dụng. Sau khi đi ăn sáng, cả hai quay về nhà dọn dẹp đồ đạc để trả lại nhà cho chị gái của Thịnh.

Nhưng do trước đó hai vợ chồng đã xảy ra cãi vã, mâu thuẫn nên trong lúc chị Thảo đang xếp quần áo, Thịnh nảy sinh ý định đốt chết vợ.

Thịnh xuống tầng trệt rút 1 lít xăng từ trong xe máy ra đem lên lầu 3. Khi vào phòng, Thịnh cầm chai xăng tạt vào người vợ rồi lấy quẹt bật lửa đốt. Khi thấy người chị Thảo bùng cháy, Thịnh hối hận nên đẩy vợ vào nhà vệ sinh để dập lửa, do vậy Thịnh cũng bị bỏng ở tay và chân. Do bị bỏng nặng với 90% diện tích cơ thể, năm ngày sau chị Thảo tử vong.