Mạnh bị lực lượng Cảnh sát hình sự Công an Hà Nội bắt giữ khi đang lẩn trốn tại Hà Giang.
Nạn nhân trong vụ án này là Kiều Hoàng Anh, sinh năm 1990, trú tại thành phố Hòa Bình (Hòa Bình) bị trúng đạn và tử vong trên đường đến bệnh viện cấp cứu.
Bước đầu điều tra, cơ quan công an xác định nguyên nhân vụ án như sau: Đầu tháng 6/2017, Nguyễn Văn Nam, sinh năm 1983, trú tại xã Đông Phương Yên (huyện Chương Mỹ) có mua một trang mạng bóng đá của Nguyễn Đắc Trung, sinh năm 1984, trú tại Thủy Xuân Tiên (huyện Chương Mỹ) với số tiền 30 triệu đồng nhưng xin khất nợ.
Khi Trung nhờ Phan Văn Mạnh và hai đối tượng khác yêu cầu Nam làm rõ việc vay nợ thì Nam trả trước cho Trung 5 triệu đồng. Tiếp đó, Nguyễn Văn Linh (sinh năm 1982), là anh trai của Nam, đứng ra dàn xếp với Trung và có hẹn nếu sau một tháng Nam không có tiền trả thì Linh sẽ trả tiền thay em số nợ còn lại.
Đến hẹn nhưng không thấy Linh và Nam trả tiền, Trung nhiều lần nhắn tin chửi bới Linh. Bực tức vì bị chửi, tối 24/8, Linh gọi điện thách thức và hẹn gặp Trung tại quán karaoke Đại Thế Giới của Trung. Trung đã rủ thêm một vài đối tượng khác, trong đó có Phan Văn Mạnh, chuẩn bị dao, kiếm, tuýp sắt gắn dao nhọn và cất giấu ở trước cửa quán.
Còn Linh đi cùng hai đối tượng khác, trong đó có Kiều Hoàng Anh, mang theo 1 khẩu súng bắn đạn hoa cải và 1 tuýp sắt dài có gắn dao nhọn. Hai bên đã xảy ra ẩu đả trước cửa quán karaoke Đại Thế Giới, tuy nhiên do đối phương đông người nên nhóm của Linh bỏ chạy. Khẩu súng bắn đạn hoa cải của Linh sau đó được giao cho Hoàng Anh phi tang xuống mương nước cạnh đường Quốc lộ 6.
Ngay sau khi nắm được tình hình, Cơ quan Cảnh sát điều tra Công an huyện Chương Mỹ đã yêu cầu Nguyễn Đắc Trung về trụ sở để làm rõ. Trước khi đi, Trung giao cho Mạnh ở lại trông coi quán karaoke.
Khoảng 24 giờ cùng ngày, Nguyễn Văn Linh cùng đồng bọn quay trở lại quán karaoke Đại Thế Giới để trả nốt số tiền 25 triệu đồng cho Trung, đồng thời có ý định “dạy dỗ” Trung. Cho rằng Linh quay lại trả thù, Mạnh đã lấy một khẩu súng và cùng một số đối tượng trong quán karaoke mang theo vỏ chai bia, tuýp sắt gắn dao một đầu đi lên tầng 3, với mục đích dùng vỏ chai bia ném vào nhóm của Linh, không cho các đối tượng này vào quán.
Từ lan can tầng 3, Mạnh bắn 3 phát vào nhóm của Linh khiến Kiều Hoàng Anh bị trúng đạn và tử vong trên đường đưa đến bệnh viện cấp cứu. Sau khi nhóm của Linh đưa Hoàng Anh đi, Mạnh đã lái ô tô đến trụ sở Công an huyện Chương Mỹ đón Trung. Do sợ bị liên lụy và muốn che giấu hành vi sử dụng súng của Mạnh nên Trung đã cho người mang súng đi phi tang. Sau đó các đối tượng bỏ trốn. Cũng trong ngày 25/8, các đối tượng có liên quan trong vụ án đã đến cơ quan Công an đầu thú, riêng Phan Văn Mạnh bỏ trốn.
Sau hơn 20 ngày truy bắt, rạng sáng 17/9, lực lượng Cảnh sát hình sự Công an thành phố Hà Nội phối hợp với Công an tỉnh Hà Giang đã bắt giữ Phan Văn Mạnh khi đối tượng đang lẩn trốn tại Hà Giang.