Đầu tháng 11/2008, gia đình nạn nhân đã tố cáo hành vi trên đến cảnh sát.

Theo gia đình người bị hại, ngày 20/10/2008, không thấy con gái 14 tuổi về, gia đình tổ chức đi tìm kiếm. Sau một tuần đã phát hiện Trọng và Thủy sống với nhau tại một nhà trọ ở Kim Chung (Đông Anh, Hà Nội). Bị lộ, cả hai đã chuyển sang khu vực khác.

Tại cơ quan điều tra, Trọng cho biết, do bị phát hiện, cả hai rủ nhau chuyển lên huyện Sóc Sơn (gần khu Công nghiệp Nội Bài) thuê phòng ở tạm. Tại đây, Trọng đã mua sắm chăn màn, gối, chiếu... cùng Thủy sống với nhau như vợ chồng.

Cảnh sát cho biết, Trọng là công nhân trong Khu công nghiệp Bắc Thăng Long, thuê nhà nữ sinh này từ tháng 4/2008.

Ngày 6/11, công an huyện Đông Anh cho biết đã bắt Đàm Văn Trọng (Vĩnh Phúc) về hành vi giao cấu với trẻ em.