Tại thành phố Vĩnh Yên, tỉnh Vĩnh Phúc, tổ điều tra được thông báo có người vừa phát hiện một bộ xương bí ẩn trong nhà vắng. Tiếp nhận vụ án, đội điều tra nhanh chóng đến khám xét hiện trường và lấy lời khai nhân chứng.
Theo lời khai của chị Nguyễn Thị Ngọc Bích, người phát hiện bộ xương đầu tiên đồng thời cũng là người thuê trọ tại đây, chủ căn nhà xảy ra vụ việc là anh Lê Minh Hòa, đã đi vắng cách đây khoảng 2 tháng. Sợ chiếc xe Dream của anh Hòa để ngoài hiên ngày này qua tháng khác bị hư nên chị Bích mở cửa phòng dắt xe vào. Lúc này chị mới phát hiện trong phòng có bộ xương. Về phần vì sao có chìa khóa phòng chủ nhà, chị Bích khai được mẹ anh anh Hòa gửi lúc trước, nhờ trông nom anh khi mẹ ở xa.
Trong khi đó, pháp y qua khám nghiệm bộ xương cho biết hộp sọ có 2 vết nứt lún. Cụ thể, chiều dài vết thương khoảng 6cm, chiểu ngang khoảng 3cm, khả năng bị một vật kim loại khối vuông tác động vào. Nhận định ban đầu, nạn nhân tử vong do chấn thương sọ não. Bên cạnh đó, theo phân tích mức độ chuyển màu của bộ xương thì nạn nhân tử vong khoảng hơn 2 tháng.
Qua các dấu vết tại hiện trường, điều tra viên suy đoán có ba khả năng xảy ra: Hòa là nạn nhân bị giết, Hòa là hung thủ giết người khác và Hòa là nhân chứng chứng kiến vụ sát hại.
Để xác định danh tính nạn nhân, tổ điều tra đưa bộ xương về cơ quan tiếp tục nghiên cứu. Tại phòng khám nghiệm, sau khi kiểm tra kích thước và hình dạng khung xương nạn nhân, đối chiếu với những thông tin mà gia đình cung cấp, kết quả cho thấy bộ xương tương thích với anh Lê Minh Hòa. Tuy nhiên, nhằm đảm bảo tính chính xác hơn, pháp y cần phải có mẫu máu của nạn nhân để làm xét nghiệm ADN đối chiếu.
Như vậy, trong lúc vẫn chưa kết luận nạn nhân là anh Hòa, điều tra viên cử các trinh sát song song tìm kiếm tung tích của đối tượng Hòa và trở lại hiện trường vụ án rà soát kỹ lần nữa. Cuối cùng, tổ trinh sát đã tìm được một sợi tóc vàng khả nghi tại căn phòng và một khối kim loại vuông có dính máu khô được chôn bừa sau vườn. Bên cạnh đó, thông qua lời khai của chị Bích, trinh sát cũng thu thập được mẫu máu của anh Hòa tại một bệnh viện.
Trong lúc này, phòng kiểm tra hình sự báo cáo đã xác định được vệt máu trên khuôn kim loại vuông là của anh Hòa. Bên cạnh đó, vết máu dính ở tấm chăn đắp trên bộ xương cũng là máu của anh Hòa và một người khác. Đặc biệt, pháp y còn phát hiện một mẩu da nhỏ kẹt trong kẽ răng của nạn nhân, nghi ngờ là da của hung thủ khi xảy ra xô xát giữa hai người.
Vụ án tiếp tục được hé mở khi viện khoa học hình sự thông báo kết quả xét nghiệm bộ xương, đã xác định đây chính kiểu gien của anh Hòa. Qua các mảnh ghép vật chứng, có thể kết luận Lê Minh Hòa là nạn nhân vụ án.
Tiếp tục lần theo manh mối sợi tóc vàng rơi tại hiện trường, trinh sát điều tra được nạn nhân Minh Hòa có kết bạn với một thanh niên nhuộm tóc vàng là Đặng Hoàng Hải. Đáng chú ý, theo lời kể của nhiều người, Hải là chủ nợ của Hòa và thường xuyên có xích mích, xô xát với nhau.
Nghi ngờ đối tượng này có khả năng dính líu tới cái chết của anh Hòa, các trinh sát đưa Hải về cơ quan để thẩm vấn. Tại đây, Hải liên tục khẳng định y có gây gổ với Hòa nhưng không giết người. Cùng lúc này, kiểm tra hình sự thông báo ADN của mẫu tóc tại hiện trường thu được là của Hải. Tuy nhiên, ADN mẫu máu thu được từ chiếc chăn không phải của y. Như vậy, có thể suy ra Hải nằm ngoài diện nghi vấn và hung thủ là người thứ ba vào căn phòng lúc đó.
Tiếp tục lấy lời khai từ Hải, điều tra viên biết được người thứ ba có mặt trong thời điểm Hải xô xát với nạn nhân là Lương Văn Dư. Đối tượng này từng hùn hạp làm ăn với nạn nhân nhưng cũng thường xuyên xảy ra mâu thuẫn. Có được manh mối quan trọng, các trinh sát ngay lập tức đi điều tra tung tích đối tượng. Thế nhưng đáng tiếc là Dư hiện không có ở Vĩnh Phúc.
Sau khi tìm kiếm đối tượng không có tung tích, cơ quan điều tra bố trí lực lượng phục kích tại nhà y ở Hà Giang. Sau vài ngày canh bắt, cuối cùng Dư cũng bị trinh sát tóm gọn.
Đối chiếu mẫu ADN của Dư và ADN của vết máu còn lại trên tấm chăn và mẫu da dính trong kẽ răng nạn nhân, tổ pháp y xác định chúng trùng khớp với nhau. Trước những bằng chứng không thể chối cãi, Dư cúi đầu nhận tội.
Theo lời Dư, mặc dù Hòa nợ tiền y song khi đòi nợ, Hòa lại tỏ thái độ xấc láo, thách thức. Trong lúc không kiềm nén được cơn giận, Dư đã dùng khối kim loại cầm sẵn trong tay tấn công Hòa. Sau khi dọn dẹp hiện trường, y vội bỏ trốn.