Công an huyện An Dương đã khẩn trương tổ chức kiểm tra, xác minh và phối hợp với các cơ quan chức năng khám nghiệm hiện trường. Kết quả ban đầu xác định, từ năm 2010 do bố mẹ ly hôn, cháu T.L được giao cho mẹ nuôi dưỡng. Năm 2012, mẹ cháu T.L kết hôn với Đồng Văn Sơn, sinh năm 1984, trú tại thôn Viên Chử, xã Kim Tân, huyện Kim Thành, tỉnh Hải Dương. Từ tháng 3/2017, do bà ngoại đi du lịch nước ngoài nên cháu T.L cùng mẹ và Đồng Văn Sơn về sinh sống tại huyện An Dương, Hải Phòng. Từ tháng 4 năm 2017 vào các buối tối, sau khi mẹ cháu T.L đi làm thì Sơn thực hiện hành vi giao cấu với cháu T.L.

Khoảng 18h, ngày 25/11/2018, khi mẹ cháu T.L ở nhà thì phát hiện cháu T.L xem điện thoại có một số nội dung liên quan đến phim người lớn nên đã tra hỏi thì cháu T.L nói nhiều lần được Đồng Văn Sơn cho xem, giao cấu tại nhà từ năm 2017 đến tháng 11 năm 2018. Gia đình cháu T.L đã trình báo. 

Qua công tác vận động, ngày 29/11/2018 Đồng Văn Sơn đến Công an huyện An Dương đầu thú. Tại Cơ quan Công an, Đồng Văn Sơn đã khai nhận toàn bộ hành vi phạm tội của bản thân như trên, phù hợp với lời khai của người bị hại, kết quả khám nghiệm hiện trường cùng các tài liệu khác thu thập được.

Căn cứ tài liệu điều tra, Công an huyện An Dương đã ra Quyết định tạm giữ đối với Đồng Văn Sơn, sinh năm 1984, trú tại thôn Viên Chử, xã Kim Tân, huyện Kim Thành, tỉnh Hải Dương về tội Hiếp dâm người dưới 16 tuổi, quy định tại khoản 2 Điều 142 Bộ Luật hình sự để tiếp tục điều tra, xử lý nghiêm theo quy định của pháp luật.