Khoảng 7h45 sáng 25-7, như thường lệ, bà Loan mở cửa nhà riêng (ở số 11, ngõ 279, phố Đội Cấn, phường Ngọc Hà, quận Ba Đình) để đi làm. Con trai bà Loan 12 tuổi ra mở khóa cổng cho mẹ rồi quay vào nhà. Khi bà Loan dắt xe ra ngoài (cách cửa 2m) thì gặp một đối tượng mặc áo mưa mầu sáng quan sát mình chăm chú. Tên này khoảng chừng 30 tuổi, mặt mày vuông vức, da ngăm đen, dáng hung tợn. Y tiến đến gần sát bà Loan và bất ngờ vung tay lên. Tay y cầm một chiếc cốc, trong cốc có một lọ nhựa (cao khoảng 15cm, miệng rộng 3cm) đựng khoảng 200ml dung dịch mầu vàng. Hung thủ hắt thẳng lọ dung dịch mầu vàng vào mặt và người nạn nhân rồi quay đầu bỏ chạy khoảng 100m, nhảy lên một chiếc xe máy của một đối tượng (hơn 40 tuổi) khác rồi tẩu thoát. Lúc đó bà Loan không kịp phản ứng gì, chỉ thấy bỏng rộp và nóng nhức khắp vùng mặt và người. Bà được chuyển vào Viện Bỏng quốc gia để điều trị cấp cứu trong tình trạng bị bỏng a-xit (độ 4 và 5) toàn bộ vùng mặt, cổ, ngực và tay.

Đội Trọng án, Cơ quan CSĐT tội phạm về trật tự xã hội, Công an TP Hà Nội đã kiên quyết khám phá bằng được vụ án. Qua truy xét, cơ quan công an đã dựng lại toàn bộ hiện trường, lấy lời khai của các nhân chứng và bước đầu có được nhân dạng của hai kẻ gây án. Cơ quan điều tra loại bỏ nguyên nhân vụ án do mâu thuẫn nội bộ và tình ái, để hướng tới bốn vụ án dân sự mà bà Loan đã xét xử trong thời gian gần đây, gồm án: ly hôn, chia thừa kế, chia tài sản và tranh chấp thừa kế. Sau đó loại bỏ tiếp ba vụ để điều tra vụ tranh chấp quyền thừa kế mảnh đất tại số nhà 15 ngách 35, ngõ Thổ Quan, quận Đống Đa.

Vụ tranh chấp thừa kế này do bà Nguyễn Thị Thịnh, SN 1948 ở số 7-A4 tập thể Văn Chương khởi kiện ông Nguyễn Văn Vinh, SN 1937 (là anh chồng bà Thịnh) đang quản lý mảnh đất số 15 ngách 35, ngõ Thổ Quan. Trong quá trình tố tụng vụ án, bà Thịnh có văn bản ủy quyền cho một người quen là Nguyễn Tiến Dũng ở 167 ngõ Văn Chương, là Phó giám đốc Công ty TNHH Thành An (trụ sở 80 ngõ Văn Hương), làm đại diện nguyên đơn tham gia tố tụng tại phiên tòa dân sự sơ thẩm ngày 7-6­-2005, do thẩm phán Nguyễn Thị Kim Loan xét xử.

Tại phiên tòa này, Hội đồng xét xử tuyên bác đơn của bà Nguyễn Thị Thịnh. Dũng làm đơn kháng cáo và TAND TP Hà Nội đã thụ lý xét xử phúc thẩm. Nhưng Dũng vẫn căm tức nữ thẩm phán Loan về việc y đã chạy "cửa trước, cửa sau" nhờ nhiều người "tác động" mà vẫn bị bà Loan bác đơn kiện. Không cần đợi xét xử phúc thẩm, Dũng chủ mưu bắt người đại diện công lý phải "trả giá" theo kiểu tạt a-xit và đặt vấn đề này với một nhân viên trong Công ty TNHH Thành An là Phạm Ngọc Hải (tức Hải đen - có một tiền án), trú tại huyện Yên Sơn, tỉnh Tuyên Quang, hiện thuê nhà tại 24 ngõ 108, phố An Xá, phường Phúc Xá, quận Ba Đình, Hà Nội.

Khi Hải băn khoăn nói với Dũng "có nên ra đòn nặng tay như vậy không, có cần phải tạt a-xit người ta không?", thì Dũng đã thúc ép Hải phải ra tay bằng được. Chúng đã tới một cửa hàng ở phố Hàng Mành mua một lọ 200ml acid sulfuric đậm đặc để gây án. Sau đó, trong mấy tuần cuối tháng 6 và trung tuần tháng 7, Dũng và Hải liên tục theo dõi để nắm vững quy luật đi lại của bà Loan. Dũng đi xe máy mầu đỏ biển số 29L7-6263 đèo Hải tới "mai phục" cạnh nhà bà Loan và vào sáng 25-7 chúng mới gây án.

Sau khi gây án, Dũng đưa tiền cho Hải chạy trốn về các tỉnh Nam Định, Tuyên Quang và Hà Giang. Cho đến ngày 11-8, Đội điều tra trọng án Công an Hà Nội đã bắt giữ kẻ chủ mưu là Nguyễn Tiến Dũng. Ngày 13-8, được sự động viên của cơ quan điều tra, gia đình Phạm Ngọc Hải đã đưa y tới đầu thú. Hải thú nhận với các điều tra viên: "Sau nửa tháng lẩn trốn, em quá mệt mỏi, em sẽ cố gắng chấp hành bản án của pháp luật để sau này còn về nuôi vợ, nuôi con".

Trong chiều 13-8, Hải và Dũng đã khai nhận toàn bộ hành vi phạm tội của mình.