Trước đó, sau khi phát hiện các đoạn clip quay cảnh đối tượng hành hạ cháu bé người Campuchia, C45 Bộ Công an, đã nhanh chóng vào cuộc đấu tranh, truy bắt Dũng. Cảnh sát Campuchia cho rằng nghi phạm đã trốn khỏi quốc gia này và đã gửi đề nghị hợp tác với Bộ Công an Việt Nam để phối hợp truy bắt đối tượng.

Đã tống đạt quyết định khởi tố bị can, thi hành lệnh bắt tạm giam đối tượng Nguyễn Thành Dũng

Các trinh sát đã vận động, thuyết phục người thân của Dũng sớm đưa đối tượng ra đầu thú để nhận sự khoan hồng của pháp luật. Sự kiên trì vận động đã có kết quả, người nhà của Dũng gọi điện thông báo sẽ đưa đối tượng đến cơ quan Công an đầu thú. Đến tối 7/12, Dũng ra đầu thú.

Sau khi biết Bộ Công an Việt Nam đã bắt giữ Dũng, ngày 9/12, Cảnh sát Hoàng gia Campuchia đã cử đoàn công tác sang làm việc với C45 Bộ Công an Việt Nam về việc phối hợp điều tra, làm rõ những hành vi phạm tội của Dũng. Việc phối hợp dựa trên nguyên tắc đảm bảo đúng các quy định pháp luật của mỗi nước, đúng các hiệp định đã ký kết song phương và đa phương.