Theo điều tra ban đầu, khoảng 6 giờ ngày 24/9, Phạm Ngọc Vinh đi xe máy biển số 76G1-323.75 từ Quận 12 (Thành phố Hồ Chí Minh) đến thành phố Biên Hòa (Đồng Nai). Khi đi, Vinh mang theo 470 tờ vé số cũ với mục đích lừa tráo người bán vé số. Khi đi tới đoạn ngã tư Lạc Cường (thuộc phường Tân Tiến, thành phố Biên Hòa, Đồng Nai), Vinh phát hiện bà Thuận (bị khuyết tật cả tay và chân đang ngồi xe lăn) bán vé số một mình nên đi tới hỏi mua vé số. Lúc này, bà Thuận đưa ra xấp vé số (530 tờ), Vinh mua 8 tờ và trả tiền cho bà Thuận.
Lợi dụng lúc bà Thuận soạn tiền thừa để trả lại, Vinh nhanh tay tráo đổi xấp vé số cũ đã chuẩn bị sẵn để lấy xấp vé số mới của bà Thuận rồi nhanh chóng tẩu thoát. Sau khi thực hiện hành vi, Vinh mang số vé số lừa tráo được bán cho một quầy vé số ở thành phố Thuận An (Bình Dương) lấy 4,24 triệu đồng (giá 8.000 đồng/tờ).
Ngay sau khi xảy ra sự việc, Công an tỉnh Đồng Nai đã chỉ đạo Công an thành phố Biên Hòa vào cuộc điều tra, qua trích xuất camera phát hiện nghi can đi về hướng Bình Dương rồi mất dấu. Nhận định nghi can sẽ tiếp tục tái diễn hành vi lừa đảo, Công an thành phố Biên Hòa đã rà soát các điểm bán vé số trên địa bàn thành phố và bố trí các trinh sát theo dõi. Từ công tác thu thập các hình ảnh và bằng nhiều biện pháp nghiệp vụ, lực lượng trinh sát đã lần ra manh mối và lịch trình di chuyển của đối tượng đến nhiều địa bàn.
Đến sáng 26/9, Vinh tiếp tục gây án tại phường Phước Tân với thủ đoạn tương tự. Các trinh sát đã theo dõi và bắt giữ Vinh khi đang bán vé số vừa lừa được tại một quầy vé số thuộc phường Lái Thiêu, thành phố Thuận An (Bình Dương).
Theo cơ quan công an, để thực hiện hành vi này, đối tượng đã có sự nghiên cứu, theo dõi trước đó. Khi thấy bà Thuận vừa dừng xe lăn, chưa kịp đưa xấp vé số ra bán là đối tượng đã đến hỏi mua để đánh tráo.