Ngay sau khi tiếp nhận thông tin, lực lượng công an đã khám nghiệm hiện trường, khám nghiệm tử thi và nhận thấy có nhiều dấu vết bất thường trên thân thể nạn nhân và khẳng định đây là vụ án hình sự.
Quá trình điều tra, Công an tỉnh Nghệ An thấy có 1 đối tượng nghi vấn nổi lên là Nguyễn Đức Thủy (SN 1988), trú tại phường Quang Phong (thị xã Thái Hòa). Tuy vậy, qua xác minh nhanh, đối tượng không có mặt tại địa phương.
Đến 20 giờ ngày 21/8, Công an tỉnh Nghệ An đã thành lập tổ công tác để truy bắt thành công đối tượng Nguyễn Đức Thủy khi đang lẩn trốn tại xã Yên Sơn (Đô Lương). Tại cơ quan điều tra, bước đầu đối tượng không thừa nhận mình là người gây ra cái chết đối với anh Võ Hiếu Hà. Tuy vậy, sau nhiều giờ đấu tranh, xét hỏi, đến 4 giờ ngày 22/8, đối tượng Nguyễn Đức Thủy đã thừa nhận mình là thủ phạm ra tay sát hại anh Hà.
Theo đó, do có mâu thuẫn cá nhân nên vào tối 20/8, nạn nhân và hung thủ có to tiếng dẫn đến xô xát với nhau, quá trình đó, Nguyễn Đức Thủy đã dùng 1 cán xẻng đánh vào đầu anh Hà làm nạn nhân gục chết tại chỗ, gây án xong để che dấu hành vi phạm tội, đối tượng Thủy đã tạo dựng hiện trường giả của vụ tai nạn giao thông, bằng cách kéo nạn nhân ra khu vực trước cổng Trường Tiểu học phường Quang Phong (thị xã Thái Hòa) rồi lấy xe máy ngã đè lên người của nạn nhân.