Nghi ngờ cháu C. bị bắt cóc nên hôm sau gia đình đã trình báo với Công an xã và Công an huyện Ninh Phước. Các lực lượng chức năng đã vào cuộc nhưng vẫn không truy tìm được tung tích…
Trong lúc người thân đang hết sức đau buồn và tuyệt vọng thì vào chiều ngày 3-2-2001, một người dân trong thôn khi đang chăn trâu tại khu nghĩa trang thôn Chất Thường (xã Phước Hậu), phát hiện 1 xác chết của trẻ em đang trong thời kỳ phân hủy. Cơ quan điều tra Công an tỉnh nhanh chóng có mặt, tổ chức khám nghiệm hiện trường, khám nghiệm tử thi, xác định nạn nhân xấu số chính là cháu C., bị kẻ xấu xâm hại tình dục trước khi ra tay sát hại. Sau khi hoàn thành các thủ tục pháp lý, cơ quan Công an đã cho gia đình đưa xác cháu về tổ chức mai táng.
Với quyết tâm phá án, ngày 9-2-2001, Công an tỉnh thành lập Ban chuyên án lấy bí số là 027H do đồng chí Ngô Văn Bé (Phó Giám đốc) làm trưởng ban cùng 12 thành viên là các đồng chí trưởng, phó các phòng nghiệp vụ và các điều tra viên dạn dày kinh nghiệm. Tuy nhiên, do thời gian (kể từ lúc cháu C. bị giết đến khi phát hiện) khá lâu nên không thu được dấu vết, hiện trường bị xáo trộn có khả năng đối tượng gây án từ một nơi khác rồi mang đến đây phi tang, sự việc diễn ra nơi vắng vẻ không có nhân chứng… do đó công tác điều tra kéo dài, không mang lại kết quả. Cũng bởi không xác định được đối tượng nghi vấn nên vụ án phải kết thúc điều tra theo đúng quy định của pháp luật.
Dù hồ sơ vụ án đã được khép lại nhưng cái chết thương tâm của cháu C vẫn luôn canh cánh trong lòng mỗi cán bộ trong ban chuyên án. Để rồi từ đó trong mỗi lần phá án, nhất là các vụ án có liên quan đến hiếp dâm, giết người… các điều tra viên đều cố gắng tìm ra manh mối.
Thế rồi ngày 14-4-2002, Công an huyện Ninh Phước nhận được đơn của chị Lê Thị N. (SN 1963, trú tại thôn Hoài Nhơn, xã Phước Hậu, huyện Ninh Phước), tố cáo tên Nguyễn Hồng Tây (SN 1983), trú cùng thôn về hành vi hiếp dâm chị. Sau quá trình điều tra, Công an huyện Ninh Phước đã tiến hành bắt giam khẩn cấp đối tượng. Tại đây, Tây thú nhận về hành vi hiếp dâm chị N., nhưng đã bị chị chống đối quyết liệt nên không thực hiện được.
Vụ án “hiếp dâm” đối với chị N. đã rõ, nhưng liệu hắn có liên quan đến vụ án động trời hơn 1 năm về trước hay không? Bởi lẽ cháu bé vô tội ấy trú cùng thôn lại cách nhà hắn chỉ một quãng ngắn. Từ linh cảm ấy, các điều tra viên tập trung đấu tranh với hắn. Đúng như dự đoán, Nguyễn Hồng Tây đã tự thú, khai nhận hành vi hiếp dâm và giết cháu Lê Thị Kim C. Hồ sơ vụ án lại được mở ra. Quá trình đấu tranh khai thác Tây đã thú nhận toàn bộ hành vi đồi bại và giết cháu C.
Đối chiếu lời khai, kết quả khám nghiệm hiện trường, khám nghiệm tử thi, Cơ quan Cảnh sát Điều tra xác định: Nguyễn Hồng Tây là thủ phạm gây ra cái chết của cháu Nguyễn Thị Kim C. Sau khi Nguyễn Hồng Tây khai nhận toàn bộ hành vi phạm tội của mình, gia đình Tây đã tự nguyện bồi thường các khoản chi phí và thiệt hại tinh thần cho gia đình cháu C. là 18.000.000 đồng. Riêng chị N. (nạn nhân làm đơn tố cáo Tây) giám định thương tật 4% do Tây gây ra.
Vụ án đã được khép lại, cơ quan Công an đã hoàn tất hồ sơ đề nghị xét xử Nguyễn Hồng Tây nghiêm minh trước pháp luật.
Nguyên Thảo