Khi lực lượng công an và người dân địa phương mở cửa ôtô để áp giải Hoài về trụ sở, tên này đã lăn xuống đường nằm bất động và nhiều người phải khiêng Hoài lên xe ôtô, đưa về UBND xã Cổ Đông. Tại đây, Hoài tiếp tục "đóng kịch" vờ sắp chết, đòi được đưa đi chiếu chụp tại các bệnh viện ở trung tâm thành phố. Người dân địa phương đã phải lấy quần đùi và áo chống nắng cho Hoài quấn vào người. Sau đó, cơ quan công an đã đưa gã này vào bệnh viện Quân y 105 khám toàn diện và xác định chỉ bị thương nhẹ ở đầu gối do vấp ngã khi bỏ chạy.

Trong ngày đầu bị tạm giữ tại cơ quan công an, Đặng Trần Hoài tỏ ra lì lợm, chối cãi toàn bộ hành vi dã man đã thực hiện chiều 29/7. Nhưng sau nhiều giờ khai thác tại Công an thị xã Sơn Tây, Hoài đã thừa nhận hành vi phạm tội, nhưng không đưa ra lý do biện minh cho việc ra tay tàn ác. Liên quan đến việc có giả thuyết cho rằng Hoài đã bị người khác bỏ thuốc vào rượu dẫn đến việc mất kiểm soát hành vi, cơ quan điều tra dựa trên lời khai của Hoài đã phủ nhận thông tin này.

Ngày hôm sau tại trụ sở Phòng Cảnh sát Hình Sự, Hoài đã bình tĩnh hơn và trả lời hết những câu hỏi của cán bộ thụ lý vụ án. Hoài xin được hút thuốc và “rít” liên tục hết điếu này đến điều khác. Đến bữa, Hoài ăn hết suất cơm. Trước đó, khi chui vào thùng chiếc xe ôtô đặc chủng, để về Trại tạm giam của CATP Hà Nội, Hoài cố ngoái đầu lại nhờ một cán bộ công an nhắn giúp cho vợ hãy giữ gìn sức khỏe và yên tâm nuôi con.

Gần 2 ngày sau khi xảy ra vụ việc, theo một số điều tra viên trực tiếp thụ lý vụ án, Hoài khai, do ham muốn quan hệ tình dục, nên không kiểm soát được hành vi của mình. Trước khi gây án, Hoài uống 3 chai bia ở đám cưới em gái một người bạn. Trên đường về với chiếc xe máy của gia đình mới mua, trong đầu Hoài cứ loanh quanh, luẩn quẩn ý nghĩ điên rồ bằng mọi giá phải quan hệ tìn‌ּh dụ‌ּc với một người phụ nữ.

Hiện, bé gái 8 tuổi, nạn nhân bị Hoài hiế‌ּp dâ‌ּm đã hồi phục sức khỏe và có thể nói chuyện với người thân. "Từ khi tỉnh táo, cháu liên tục hỏi thăm sức khỏe của em gái nhưng gia đình phải nói dối là em bị thương nhẹ, đang điều trị ở bệnh viện. Sợ lúc này biết được sự việc đau lòng, con bé càng thêm hoảng loạn", anh Khuất Văn Hoàn (bác ruột nạn nhân) cho biết.