Qua khám nghiệm hiện trường, Cơ quan cảnh sát điều tra đã phát hiện chiếc xe Fortuner BKS 51A-250.01 đang dừng trong trạng thái khóa chốt cửa bên trong. Anh Tú, chị Thời chết trong tư thế ngồi ở phía trước cửa xe, trên tay anh Tú cầm một khẩu súng ngắn bằng kim loại, model 27, ký hiệu Kal 7.65, có số 444644, súng trong tình trạng sử dụng hết đạn trong hộp tiếp đạn. 

Tại hiện trường, cơ quan chức năng thu giữ 10 vỏ đạn bằng kim loại màu vàng trong khu vực xung quanh ghế ngồi của anh Tú; thu giữ 2 đầu đạn bằng kim loại màu vàng (một đầu đạn thu nằm bên ngoài xe, một đầu đạn nằm ở trần xe). Ngoài ra, cơ quan điều tra còn phát hiện thu được 41 viên đạn bằng kim loại màu vàng (cùng loại vỏ và đầu đạn thu được tại hiện trường) chưa sử dụng. 41 viên đạn chưa sử dụng còn nằm trong túi bên phải quần anh Tú đang mặc và một số giấy tờ liên quan. 

Khám nghiệm tử thi đã có kết quả: Chị Bùi Thị Thời bị bắn 7 vết đạn vào vùng đầu, ngực, lưng, vai, tay trái gây thủng tim, gan, thủng phổi, đạn xuyên hộp sọ dẫn đến tử vong. Cơ quan thu giữ 2 đầu đạn bên trong thi thể chị Thời. Anh Tú bị bắn 3 phát đạn vào đầu, ngực gây thủng tim, xuyên thấu sọ dẫn đến tử vong. 

Qua điều tra xác minh anh Đinh Khắc Tú (sinh năm 1972, ngụ khu phố 5, phường Thạnh Xuân, quân 12, thành phố Hồ Chí Minh) và chị Lê Thị Ngọc Chung (sinh năm 1972, hộ khẩu trường trú phường 21, quận Bình Thạnh, thành phố Hồ Chí Minh) là vợ chồng, cùng kinh doanh mua bán hạt nhựa công nghiệp tại quận 12. Vợ chồng anh Tú có 2 con chung với nhau. Từ khoảng đầu năm 2014 đến nay, vợ chồng anh Tú kinh doanh thua lỗ, anh Tú thường tham gia đánh bạc ở Campuchia và thua nhiều tiền. 

Cũng trong thời gian này, anh Tú có quan hệ tình cảm nam nữ với chị Bùi Thị Thời, sinh năm 1976, ngụ tại phường 7, quận Gò Vấp, Thành phố Hồ Chí Minh.