Theo kết quả điều tra thể hiện, vào khoảng 10 giờ 30 phút ngày 24/2, Nguyễn Trọng Trình điều khiển xe máy không đeo biển kiểm soát, di chuyển trên đường tỉnh lộ 419, hướng từ thị trấn Chúc Sơn đi xã Quảng Bị.
Đến địa phận xã Hợp Đồng, huyện Chương Mỹ, trông thấy cháu V.N.Q (9 tuổi, trú tại huyện Chương Mỹ) đang đi bộ một mình; Trình lập tức dừng xe, nói dối là bạn của bố cháu Q. và bảo cháu lên xe để chở về nhà.
Trên đường đi, Trình đã đưa cháu Q. vào vườn chuối thuộc thôn Bài Trượng, xã Hoàng Diệu, huyện Chương Mỹ), rồi thực hiện hành vi xâm hại bé gái. Cháu Q. bị đau và chảy nhiều máu nên la hét, giãy đạp, vùng vẫy.
Sợ bị phát hiện, Trình bỏ mặc cháu Q. tại hiện trường và điều khiển xe máy về nhà. Sau khi nhận được trình báo từ gia đình nạn nhân, Công an huyện Chương Mỹ đã triệu tập Trình đến làm việc. Nguyễn Trọng Trình đã thừa nhận toàn bộ hành vi phạm tội của mình.
Ngày 6/3, Cơ quan điều tra Công an huyện Chương Mỹ đã khởi tố bị can Nguyễn Trọng Trình về hành vi Dâm ô đối với người dưới 16 tuổi. Ngày 18/3, Cơ quan điều tra Công an TP Hà Nội đã rút hồ sơ vụ án để điều tra, làm rõ đồng thời bắt tạm giam đối tượng Trình.
Đến ngày 23/3, Cơ quan điều tra đã ra quyết định thay đổi tội danh từ tội Dâm ô với người dưới 16 tuổi sang tội Hiếp dâm người dưới 16 tuổi đối với bị can Trình.