Quá trình điều tra, cơ quan Cảnh sát điều tra - Công an tỉnh Tiền Giang xác định, khoảng 20h ngày 28/4, chị Khanh điều khiển đò máy chạy ra sông Tiền để rước khách, sau đó mất tích bí ẩn. Đến gần 22h30 cùng ngày, người dân nuôi cá bè trên cồn Tân Long phát hiện chiếc đò của chị Khanh trôi tự do trên sông và cột dây giữ lại.
Đến sáng 29/4, người giữ chiếc đò, phát phát hiện trên phương tiện này có nhiều vết máu nên trình báo công an. Đến17h cùng ngày, người dân phát hiện thi thể chị Khanh nổi trên sông Tiền ở khu vực phường Tân Long, TP Mỹ Tho.
Cũng theo cơ quan công an, lúc phát hiện thi thể chị Khanh, trên cổ nạn nhân có quấn 1 sợi dây hình tròn. Kết quả khám nghiệm tử thi, cơ quan công an phát hiện vùng chẩm phải và thái dương đỉnh trái có 2 vết thương rách da và bờ mép sắc gọn, sâu tới xương sọ. Nguyên nhân tử vong của nạn nhân là do vỡ, lún màng sọ, xuất hiện dưới màng cứng bán cầu bên trái, chết do ngạt nước. Tổng tài sản chị Khanh bị mất khoảng 25 chỉ vàng 18k và 10 chỉ vàng 24k, 4 điện thoại di động và một số tiền mặt…
Quá trình điều tra, cơ quan công an đã trích xuất camera trên các tuyến đường và hộ dân thì phát hiện 1t đối tượng sau khi sát hại chị Khanh đã lên bờ ở khu vực phường Tân Long - Thành phố Mỹ Tho. Sau đó, đối tượng tiếp tục đi xe ôm ra Quốc lộ 1A, đoạn thuộc Ngã 3 Trung Lương. Tại đây, đối tượng tiếp tục thuê taxi chở về xã Trường An, TP Vĩnh Long, tỉnh Vĩnh Long, rồi bình tĩnh vào quán ăn cơm, uống nước. Sau đó, nghi phạm tiếp tục thuê xe di chuyển từ Vĩnh Long về TP Cần Thơ. Tại quận Ninh Kiều, TP Cần Thơ, nghi phạm vào nghỉ ở khách sạn và sau đó tẩu thoát.
Được biết, chị Phạm Thị Khanh đã ly hôn chồng, có 1 con trai. Hàng ngày, chị này sống bằng nghề đưa rước khách trên sông Tiền.