Tại cơ quan điều tra, các đối tượng quanh co chối tội, liên tục đưa ra các chứng cứ ngoại phạm, nhưng trước các cán bộ điều tra lão luyện của Phòng Trọng án, Cục Cảnh sát hình sự và Công an tỉnh Điện Biên, cuối cùng Dũng và Chương đã khai nhận thực hiện hành vi hiếp dâm nạn nhân nhiều lần.