Kết quả khám nghiệm ban đầu xác định nạn nhân là nữ giới, khoảng 35 tuổi đến 40 tuổi, trên người có nhiều thương tích, đặc biệt là thương tích ở đầu dẫn đến vỡ sọ. Khi được trục vớt lên, trên người phụ nữ vẫn còn những tài sản có giá trị như nhẫn, lắc, dây chuyền vàng.
Tại khu vực hiện trường phát hiện bao tải thi thể người phụ nữ thả trôi sông, xung quanh chân đê Tả Trà Lý, lực lượng điều tra còn phát hiện có nhiều vết máu khô. Kết quả khám nghiệm tử thi cho thấy, nguyên nhân dẫn đến cái chết của nạn nhân là do bị vật cứng đánh vào đầu dẫn đến chấn thương và tử vong.
Quá trình xác minh điều tra, chiều cùng ngày 11-6, Công an tỉnh Thái Bình đã xác định được danh tính nạn nhân là Trịnh Thị Mến (36 tuổi) trú tại xã Bách Thuận, huyện Vũ Thư.
Cùng với đó, căn cứ các tài liệu đã thu thập được, Phòng Cảnh sát hình sự (PC 45) Công an tỉnh Thái Bình xác định được nghi phạm gây án chính là Nguyễn Văn Hảo, chồng nạn nhân. Trước khi phát hiện chị Mến tử vong, giữa 2 vợ chồng chị Mến và Hảo xảy ra nhiều mâu thuẫn. Hai người đã đưa đơn ly hôn ra tòa án và đang chờ giải quyết.
Sau khi gây án, Nguyễn Văn Hảo đã bỏ trốn khỏi địa phương. Tuy nhiên, tối 12-6, từ nơi lẩn trốn là chùa Tùng Lâm (huyện Giao Thủy, Nam Định), Hảo đã điện thoại về xin ra đầu thú.