Theo hồ sơ vụ án, khoảng 16h ngày 22/12/2014, Công an tỉnh Lai Châu nhận được tin báo của Công an huyện Tam Đường về việc tại Km75+950, Quốc lộ 4D thuộc địa phận xã Sơn Bình, huyện Tam Đường, phát hiện 1 thi thể chưa rõ tung tích và nguyên nhân tử vong của nạn nhân.

Theo hồ sơ vụ án, ngày 7/9/2014 anh Trần Quang Huy (42 tuổi trú tại thôn Tân Ninh, xã Na Dong, huyện Cư Jút, tỉnh Đắc Nông) đến Công an xã Na Dong trình báo về việc con gái anh là Trần Thị Vân Ánh sinh năm 2001 đang là học sinh lớp 8 bị mất tích vào 6/9/2014 tức đêm rằm trung thu. 

Sau khi tiếp nhận thông tin trên, Công an xã Nam Dong đã cùng gia đình phối hợp với chùa Phước Sơn tìm kiếm nhiều ngày liền nhưng không thấy cháu Ánh. Nghi ngờ cháu bé bị bắt cóc, sự việc được trình báo lên Công an huyện Cư Jút. Thông tin được loan báo trên phương tiện thông tin đại chúng nhưng nhiều ngày trôi qua, tung tích Ánh vẫn không ai rõ.

Giữa lúc lực lượng Công an huyện phối hợp với Công an xã Nam Dong triển khai lực lượng xác minh, làm rõ vụ việc thì ở địa phương lại rộ lên những tin đồn rằng, cháu Ánh bị bắt cóc và bị mổ bụng lấy nội tạng để bán ra nước ngoài. Nơi này, nơi khác đều râm ran về tin cháu Ánh mất tích. Nhiều tin đồn còn cho rằng cháu bị bắt bán ra nước ngoài rồi bị đẩy vào những động mại dâm. Tin đồn “tam sao thất bản” khiến cho thông tin bị nhiễu loạn, người dân trong vùng hoang mang lo sợ không dám ra đường vào buổi tối.

Công an huyện Cư Jút một mặt vẫn triển khai lực lượng xác minh điều tra làm rõ vụ việc, một mặt tăng cường lực lượng Công an phụ trách xã chia thành nhiều mũi xuống địa bàn để an dân. Theo thông tin ban đầu do người thân, bạn bè cháu Ánh cung cấp. Ánh là người con ngoan, học hành chăm chỉ, lễ phép, không có quan hệ nam nữ và cũng không có mâu thuẫn với ai. 

Trong quá trình xác minh, điều tra, Công an đã được một cháu bé trong đội múa lân cung cấp một số hình ảnh chụp lưu niệm sau khi kết thúc múa lân, trong những bức hình đó có tấm hình ghi lại cảnh một người đàn ông khoảng hơn 30 tuổi ngồi trên xe máy đang nói chuyện với cháu Ánh. Tuy nhiên tấm hình rất mờ, khó phát hiện đối tượng là ai. Nhưng có thể đây là nút thắt vụ án. Ngay lập tức những thông tin và bức hình này đã được Ban chuyên án phân tích, mổ xẻ khá kỹ lưỡng. 

Việc truy tìm phải rà soát qua nhiều manh mối nên mất nhiều thời gian, trong khi sức ép đẩy nhanh tiến độ truy tìm thủ phạm phải hết sức khẩn trương. Và không chỉ với người thân, bạn bè của cháu Ánh đang trông chờ thông tin từ cơ quan điều tra mà dư luận vẫn từng bước dõi theo diễn tiến của vụ mất tích đầy bí ẩn trong đêm Trung thu của cháu gái tuổi 13 này càng khiến trách nhiệm của lực lượng Công an nặng nề hơn. 

Gần trăm đối tượng từng có tiền án, tiền sự trên địa bàn xã Nam Dong và các xã lân cận đã được cơ quan điều tra triệu tập để xác minh. Qua nhiều ngày tập trung gọi hỏi nhưng chưa phát hiện có kết quả gì. Vụ việc đang trong giai đoạn bế tắc, không một chút manh mối. Ban cdhuyên án đã tổ chức nhiều cuộc họp khẩn cấp và lên phương án để khoanh vùng đối tượng trong đó tập trung vào đối tượng có quen biết với cháu Ánh. 

Trong số các đối tượng được khoanh vùng, Ban chuyên án xác định nổi lên là đối tượng Đỗ Văn Khanh (SN 1976, quê ở tỉnh Bắc Giang, vào tạm trú, ở nhờ nhà người thân tại thôn Tân Ninh, xã Nam Dong, huyện Cư Jút). Khanh đến sinh sống với người vợ hờ tại đây được vài tháng. Khanh là hàng xóm cách nhà cháu Ánh chưa đầy 50m. Cháu Ánh là bạn của cháu gái Đỗ Văn Khanh nên thường xuyên sang nhà Khanh chơi. 

Ngày 31/3/2015, TAND tỉnh Đắk Nông đã tuyên phạt tử hình đối với bị cáo Đỗ Văn Khanh về tội giết người và hiếp dâm trẻ em.

Khi lực lượng chức năng tiếp cận hiện trường đã nhận thấy những dấu hiệu bất thường như, nơi phát hiện thi thể không phải nghĩa địa, thi thể bị vùi lấp. Chính vì vậy, với sự nhạy cảm của mình, các cán bộ công an đã nghi ngờ đây là một vụ án mạng.