Chiều cùng ngày, CQĐT đã thu giữ được vật chứng vụ án gồm chiếc quần mà hung thủ mặc khi gây án; con dao mà y dùng để sát hại bà Viêng Thị Dương (60 tuổi); Lo Văn Thọ (28 tuổi, con trai bà Dương); Lê Thị Yến (25 tuổi, vợ anh Thọ) và cháu Lo Văn Chung (hơn 8 tháng tuổi, con của anh Thọ, chị Yến).
Quá trình điều tra, xem xét di biến động hiện trường, dấu vết trên người các nạn nhân và lập mô hình thực địa, CQĐT đưa ra nhận định ban đầu là vụ trọng án xuất phát từ mâu thuẫn cá nhân.
Từ nguồn tin do 3 cháu bé sinh sống tại bản Phồng cung cấp (thời điểm xảy ra vụ trọng án, 3 cháu bé nhìn thấy Vi Văn Mằn đi vào rẫy), kết hợp với nhiều nguồn tin khác thu thập được từ dân bản trong quá trình điều tra, các trinh sát thu thập thêm chứng cứ, củng cố hồ sơ tập trung vào đối tượng Vi Văn Mằn.
Mọi di biến động của đối tượng đều đặt dưới sự kiểm soát bí mật của trinh sát phá án. Khoảng 15h chiều ngày 19/7, khi chứng cứ đã được củng cố vững chắc, C45 và Công an tỉnh Nghệ An quyết định “cất vó” tóm gọn nghi phạm.
Xuất hiện trong đám tang của vợ , con và cháu của ông Lo Văn Bình, hung thủ Vi Văn Mằn sau đó biến mất vào rừng. Lấy cớ đi làm rẫy, Mằn vào sâu trong rừng hòng trốn tránh pháp luật.