Nguyễn Đức Nghĩa (26 tuổi, thường trú 112 đường Điện Nước, tổ 7 phường Lãm Hà, Kiến An, TP. Hải Phòng) sinh ra trong gia đình có bố mẹ đều là công nhân. Năm 2002, Nghĩa thi đỗ vào học tại Khoa Quản trị kinh doanh quốc tế - K41 - Trường ĐH Ngoại thương Hà Nội. Đến ngày 5/4/2003, Nghĩa bị Công an quận Thanh Xuân (Hà Nội) bắt và xử phạt hành chính về hành vi “Cố ý gây thương tích”. Năm 2004, Nghĩa bị ốm nên nghỉ học một năm. Năm 2006, Nghĩa chuyển vào học tiếp tại lớp A1 - K42 Trường ĐH Ngoại thương Hà Nội. Trong quá trình học lớp A1 - K42, Nghĩa quen và yêu bạn học cùng lớp là chị Nguyễn Phương L. (26 tuổi, ở phố Minh Khai, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội). Cuối năm 2007, Nghĩa và chị L. chia tay. Năm 2008, Nghĩa tốt nghiệp Trường ĐH Ngoại thương Hà Nội nhưng chưa được cấp bằng tốt nghiệp do còn nợ điểm. Từ tháng 7/2008 đến tháng 12/2008, Nghĩa là nhân viên Công ty TNHH Vĩnh Sinh (trụ sở tại Tòa nhà 18T2 phố Lê Văn Lương, Hà Nội). Sau đó, Nghĩa không có nơi ở cố định tại Hà Nội, không có việc làm.
Cuối năm 2007, sau khi chia tay chị Nguyễn Phương L., Nghĩa quen và yêu Hoàng Thị Yến (ở phòng 1101, nhà G4 Trung Yên, phường Trung Hòa, quận Cầu Giấy, Hà Nội; là sinh viên chương trình đào tạo hợp tác quốc tế - Trường ĐH Bách khoa - Genetic, Singapore). Từ ngày 23/4 đến ngày 5/5/2010, Yến cùng bà nội về quê tại xã Đức Chính, huyện Đông Triều, tỉnh Quảng Ninh. Yến đã đưa chìa khóa phòng 1101, chìa khóa xe máy Yamaha Sirius BKS 14P6-1296 cho Nghĩa. Ngày 3/5, Nghĩa gọi điện thoại hẹn chị L. đến phòng 1101 chơi. Tiếp đó, khoảng 12h30 ngày 4/5, Nghĩa lại gọi điện rủ chị L. đến nhà Yến. Tại đây Nghĩa và chị L. đã chơi game trên mạng internet trong phòng ngủ của Yến.
Với mục đích giết chị L. để cướp tài sản, lợi dụng lúc chị L. đang mải chơi, Nghĩa đã bí mật lấy con dao (kiểu dao gọt hoa quả, lưỡi bằng inox, nhọn, cán nhựa màu đen) tại tủ bếp nhà Yến, đem giấu ở giá sách cạnh giường trong phòng ngủ của chị Yến, chờ cơ hội thực hiện hành vi phạm tội.
Khoảng 21h30 ngày 4/5/2010, khi chị L. đang đứng soi gương, chải đầu để ra về, Nghĩa đã bí mật lấy con dao nói trên, cầm bên tay phải, bất ngờ đâm vào lưng phía trên, bên phải chị L. khiến nạn nhân tử vong ngay sau đó. Ngồi một hồi để nghĩ cách phi tang, xáo dấu vết, Nghĩa lấy máy điện thoại của chị L. nhắn tin vào điện thoại của Nguyễn Việt H. - em trai ruột nạn nhân với nội dung nhờ H. nói với bố mẹ là L. sẽ đi có việc khoảng 2 ngày mới về, điện thoại hết pin, đừng liên lạc. Đồng thời Nghĩa cũng dùng máy điện thoại này nhắn tin cho bà Trần Phương L. (55 tuổi, ở quận Hai Bà Trưng, Hà Nội; là quản lý văn phòng tổ chức phi chính phủ R. nơi chị L. làm việc) với nội dung: gia đình L. có việc nên L. phải đi Nghệ An 2 ngày. Sau đó, Nghĩa tắt điện thoại của chị L., tháo sim...
Sau khi thực hiện các hành vi man rợ như đã thông tin, Nghĩa lấy chăn cuốn thi thể nạn nhân, vác ra ngoài, rẽ trái, theo lối cầu thang bộ thoát hiểm số 1 lên tầng 12, tiếp tục đi men theo mép phải hành lang để tránh camera giám sát của tòa nhà và theo cầu thang bộ thoát hiểm số 2, đưa xác chị L. giấy vào phòng kỹ thuật rác trên tầng 13. Để phi tang các vết máu, Nghĩa quay lại phòng 1101 lấy chổi lau nhà, lau chùi con đường mình vừa đi qua cũng như các dấu tích trong nhà Yến. Số quần áo dính máu của mình và chiếc chăn bọc xác nạn nhân được Nghĩa cho vào túi ni-lông, giấu trong tủ quần áo.
Sau khi gây án, Nghĩa lục túi xách màu tím, ví màu trắng của chị L. thấy có chìa khóa, vé gửi xe máy, 2 thẻ ATM, chứng minh thư, một số giấy tờ và 2.000 đồng. Khoảng 6h ngày 5/5, Nghĩa đem giấy tờ tùy thân của chị L. đốt tại chậu rửa bát rồi mang các tài sản của chị L. (máy tính xách tay Compaq Presario V300, điện thoại di động Sony Ericsson W580i...) xuống nhà để xe. Lấy được xe máy Honda SCR màu trắng BKS 30F3-0895 của nạn nhân, Nghĩa đi đến nhiều điểm trong phường Trung Hòa để phi tang các tang vật (vứt ví của chị L. tại điểm tập kết xe rác gần Trạm biến áp số 1 đường Trung Kính, vứt con dao đâm nạn nhân ở thùng rác trong vườn hoa Trung Yên, vứt túi xách tại bãi rác thuộc khu đất dự án Nam Trung Yên...). Tiếp đó, Nghĩa đến cửa hàng bán đồ gia dụng của anh Nguyễn Khắc S. (42 tuổi) tại E7 Thanh Xuân Bắc (Thanh Xuân, Hà Nội) mua 2 con dao về để tại nhà Yến để thay thế cho 2 con dao đã vứt đi.
Gần 9h ngày 5/5, Nghĩa đến tiệm cầm đồ ở 240 đường Láng (Đống Đa, Hà Nội) “cắm” máy tính xách tay của chị L. lấy 5 triệu đồng. Xe máy SCR của chị L. bị Nghĩa thế chấp tại 524 đường Láng để rút chiếc xe máy Yamaha Sirius của Yến ra sử dụng (trước đó, Nghĩa “cắm” xe Sirius lấy 11 triệu đồng).
Để che các vết máu trong phòng Yến, Nghĩa mua một hộp sơn “TOA” màu trắng tại cửa hàng sơn Phương Nam (630 đường Láng) về sơn đè lên tường.
Sau khi bán chiếc điện thoại W580i của nạn nhân cho cửa hàng điện thoại số 8 ngõ 110 Trần Duy Hưng (Trung Hòa, Cầu Giấy, Hà Nội), khoảng 11h cùng ngày, Nghĩa cất các túi ni-lông chứa trang phục và các phần thi thể chị L. vào ba-lô, ra bến xe Mỹ Đình bắt xe về Quảng Ninh. Khoảng 14h, Nghĩa xuống xe, đi ra cầu Cấm (xã Hưng Đạo, huyện Đông Triều, tỉnh Quảng Ninh) để vứt các túi ni-lông trên xuống sông Cầm. Sau đó, Nghĩa lên xe buýt đi về nhà bố mẹ đẻ Yến ở xã Đức Chính, huyện Đông Triều để đón Yến và bà nội Yến về Hà Nội.
Sáng 6/5, Nghĩa ra chợ Trời (Phố Huế, Hà Nội) mua biển số xe máy 14P8-0310 hết 520.000 đồng. 14h cùng ngày, Nghĩa đến tiệm cầm đồ 524 đường Láng để lại xe máy Sirius, lấy xe SCR đi dán ni-lông màu đen tại 540 đường Láng. Sau khi đổi màu sắc và lắp BKS giả cho xe SCR, Nghĩa quay lại 524 đường Láng đặt chiếc xe này để “nhổ” xe Sirius.
Những ngày sau đó, Nghĩa không ở một nơi cố định, có lúc ngủ tại các quán internet, thỉnh thoảng đến nhà Yến chơi. Phát hiện vết máu trên giường, Nghĩa đã lấy tay chấm mực tong lọ mực của Yến dùng hàng ngày để bôi lên các vết máu đó.
Chiều 8/5, Nghĩa đến nhà Yến, lấy túi đựng quần áo dính máu, chiếc chăn dùng bọc xác chị L., biển số 30F3-0895 cho vào ba-lô, đi xe khách về Hải Phòng. Đến Bến xe Niệm Nghĩa, Nghĩa đi bộ lên cầu Niệm ném biển số xuống sông. Tối cùng ngày, Nghĩa quay lại cây cầu này tẩu tán túi ni-lông đựng quần áo dính máu rồi đi đến cầu An Đồng ném nốt chiếc ba-lô chứa chăn và 3 viên gạch xuống sông.
Đến ngày 17/5, khi biết thi thể chị L. đã được phát hiện trên tầng 13 nhà G4 Trung Yên, Nghĩa bỏ trốn lên nhà anh họ là Nguyễn Văn H. (46 tuổi, ở tổ 18 phường Quang Trung, TP. Thái Nguyên) rồi bị cơ quan điều tra bắt giữ vào ngày 18/5.