Theo hồ sơ điều tra, khoảng 18h50 tối 23/8, bé L.T.L (12 tuổi, trú tại huyện Gia Lâm) đi xe đạp chở bé L.P.M.A (11 tuổi, trú quận Long Biên, Hà Nội) sang xã Dương Quang (huyện Gia Lâm) chơi. Khoảng 19h10 cùng ngày, hai bé quay về đến đoạn đường tắt, cách cầu Bình Trù (xã Dương Quang) khoảng 300m thì một người lạ mặt đi xe máy vượt qua khoảng 50m rồi dừng xe bên lề đường. Đợi 2 bé đi tới, đối tượng bất ngờ lao ra chặn xe và dùng tay kẹp cổ bé L.
Thấy bạn bị người lạ khống chế, vén áo lên, bé M.A sợ hãi bỏ chạy. Khi bé M.A bỏ chạy, đối tượng bắt bé L. dắt xe đạp đi theo khoảng 50m thì bế bé vào vườn chuối ven đường và thực hiện hành vi hiếp dâm. Sau đó, đối tượng lên xe đi về hướng xã Dương Quang.
Ngay khi tiếp nhận thông tin vụ việc, Công an huyện Gia Lâm đã tiến hành điều tra, truy xét. Bằng các biện pháp nghiệp vụ, đến ngày 3/9 đã bắt giữ đối tượng.
Danh tính đối tượng được xác định là Lê Xuân Tùng (44 tuổi, trú tại xã Kim Sơn, H.Gia Lâm, Hà Nội). Tùng được xác định là nghi phạm đã hiếp dâm bé gái 12 tuổi ở vườn chuối ngày 23/8 vừa qua. Sau 12 ngày truy xét, công an H.Gia Lâm đã xác định nhiều đối tượng nghi vấn và lẫy mẫu ADN để giám định.
Kết quả giám định ADN của Lê Xuân Tùng trùng khớp với các mẫu tinh dịch thu được tại hiện trường nên có đủ chứng cứ xác định Tùng là thủ phạm. Tại cơ quan điều tra, Tùng cũng đã thừa nhận toàn bộ hành vi của mình.
Lê Xuân Tùng là người ở địa phương cùng thôn với nạn nhân. Đối tượng chưa có tiền án, tiền sự. Theo thông tin từ công an, Tùng đã có vợ và 3 con. Năm 2008, Tùng ly hôn vợ, 3 người con sau đó theo mẹ ra nước ngoài sinh sống.