Qua khám nghiệm tử thi, nhà chức trách nhận định nạn nhân chết trên cạn rồi mới bị neo đá dưới sông. Từ cơ sở này, chuyên án điều tra vụ giết người được thành lập với nhận định có từ 2 hung thủ trở lên.
Trong lúc trinh xác đang có mặt ở khắp các xã trên địa bàn huyện Mỹ Tú và thị xã Ngã Bảy của tỉnh Hậu Giang thì ngày 9/1 Thủy đến công an báo tin chồng mất tích. Những đặc điểm nhận dạng do người phụ nữ này cung cấp, công an xác định xác chết trôi sông chính là anh Nhân.
Quá trình điều tra, Công an tỉnh Sóc Trăng nắm được thông tin ngày 6/1 Thủy nói với hàng xóm rằng chồng từng “trăn trối” nếu có chết thì vợ cố gắng nuôi dạy hai con đàng hoàng. Hai ngày sau, người đàn bà này tiếp tục kể với người quen “tôi đi xem bói, thầy bói nói anh Nhân đã chết”. Khi trở về từ cơ quan điều tra, Thủy có biểu hiện bất thường, tìm cách tự tử nhưng thoát chết.
Tại bệnh viện huyện, trinh sát bám theo để giám sát mọi hành động của “nghi can số 1” nhưng Thủy không hay biết. Thế là ngày 12/1, cả Thủy với Thanh được mời hợp tác điều tra. Với những chứng cứ khó chối cãi, cả hai thừa nhận hành vi tội lỗi.