Kẻ thủ ác đã xông vào sát hại cô sinh viên Bích Thuận, sau đó cưỡng hiếp nạn nhân và cướp đi một số tài sản. Vụ án được ANTV dựng lại trong Hồ sơ vụ án.
Theo hồ sơ vụ án, trưa 18/11/1977, Nguyễn Thị Thái, em gái của Nguyễn Thị Bích Thuận, sinh viên năm thứ 5 Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội về nhà gọi chị sang nhà mẹ ăn cơm (bố Thuận đã mất và mẹ đi lấy chồng, hai chị em Thuận ở cùng nhau). Ngạc nhiên vì thấy xe đạp của chị vẫn dựng dưới nhà nhưng cửa thì bị khóa trái, gọi kiểu gì cũng không thấy chị ra mở, cô bé liền nhờ hàng xóm sang phá khóa để vào.
Phát hiện ổ khóa bị nhét kín họ đã dùng búa đập. Khi cánh cửa mở ra, tất cả đều hoảng hốt trước cảnh tượng kinh hoàng: đồ đạc xáo trộn lung tung, chị Thuận nằm chết trên giường với hàng chục vết thương, người đắp một chiếc chăn loang lổ máu, chiếc áo bị tốc lên và không mặc quần. Thái kêu khóc vì đau đớn, còn những người hàng xóm cũng không thể nào tin nổi cô sinh viên chăm học, ngoan hiền hàng ngày vẫn chào hỏi họ giờ lại chết thảm dưới bàn tay kẻ dã man. Vụ việc nhanh chóng được cấp báo tới Công an Hà Nội.Hiện trường giới hạn trong căn phòng khoảng hơn 10 mét vuông, vừa là nơi Thuận học bài đồng thời cũng là chỗ ngủ của hai chị em. Việc thu thập dấu vết gặp nhiều khó khăn bởi sự xáo trộn do những người hàng xóm vào phòng khi mới phát hiện vụ việc. Tuy nhiên, bước đầu cơ quan điều tra đã xác định chị Thuận bị sát hại bằng dao, sau đó hung thủ lấy bàn là đập vào đầu nạn nhân rồi cưỡng hiếp. Người nhà cho biết bị mất vài món đồ.Lúc này đường phố Hà Nội khá vắng vẻ do đang trong giờ làm việc. Song song với đó, việc thu thập dấu vết ở hiện trường cũng đã cho kết quả quan trọng: Dưới gầm ghế có một chiếc ấm nước, trên quai có vệt máu đỏ. Quan sát kỹ thì đó là vết vân tay mờ có đọng máu. Bước đầu so sánh không trùng với dấu tay nạn nhân nên Ban chuyên án tạm đặt giả thuyết đó là dấu tay của hung thủ. Thêm một chi tiết đáng chú ý: Em gái nạn nhân khai chỉ bị mất một số quần áo, những thứ quý giá còn nguyên.
Lúc này, Hà Nội khá khan hiếm hàng hóa nên một bộ phận người dân không có việc làm đã tham gia vào các khu chợ buôn bán tự do, ở đó những mặt hàng phi pháp được lưu thông khá nhiều. Các trinh sát của Phòng Cảnh sát hình sự Công an TP Hà Nội lại tỏa đến những nơi bán đồ gia dụng, quần áo để thăm dò, nhưng không có kết quả.Căn cứ vào dấu vết và những thông tin em gái nạn nhân cung cấp, Ban chuyên án đã sàng lọc và bước đầu đưa vào tầm ngắm những đối tượng quen biết với gia đình nạn nhân. Nhận định lấy một số quần áo chẳng qua là để ngụy trang, mà mục đích chính là để cưỡng hiếp nạn nhân, đã kiểm tra toàn bộ xung quanh hiện trường, kể cả cống rãnh nhưng không thấy gì khả nghi. Ban chuyên án nhận định khả năng hung thủ là người quen biết với nạn nhân.Tất cả những bạn nam học cùng lớp với Thuận cũng như sinh viên cùng trường, đặc biệt là những anh chàng có tình ý với nạn nhân đã được cho vào tầm ngắm. Thời điểm đó, rất nhiều sinh viên Trường Đại học Kiến trúc được kiểm tra một cách gián tiếp. Tuy nhiên, cho đến ngày khám sức khỏe cuối cùng vẫn không có dấu hiệu cho thấy người nào liên quan đến vụ án.Lúc này nhà trường cho biết có một thầy giáo tên Hùng, quan hệ khá mật thiết với nạn nhân. Theo Ban giám hiệu, thầy thường đến nhà vào thứ 7 hàng tuần để phụ đạo cho Thuận. Tiến hành gọi hỏi thì thầy Hùng cho biết, khi đến nhà thì thấy xe đạp của Thuận vẫn ở cạnh cầu thang, nhưng lên đến nơi thì phòng lại đóng, cửa khóa không giống mọi khi. Nghĩ Thuận chỉ chạy loanh quanh đâu đó nên thầy đứng ngoài hành lang đợi. Chờ một lúc lâu vẫn không thấy nên thầy quay về nhà mình ở phố Huế.Kiểm tra nơi làm việc của thầy Hùng thấy có 4 tờ lịch, trong đó tờ đầu tiên đúng vào ngày xảy ra vụ án. Khi trinh sát hỏi thì thầy nói vô tình xé ra và để ngẫu nhiên ở đó thôi, cả vết máu trên giày cũng cho kết quả khác. Thầy Hùng được loại khỏi vòng nghi vấn.Đối tượng thứ hai lọt vào vòng tình nghi là người lái xe cho vị cán bộ cao cấp trên tầng 3 của ngôi nhà số 7 Phạm Đình Hổ. Qua theo dõi và thu thập tin tức, các trinh sát được biết anh này có quan hệ xã hội và đời sống cá nhân khá phức tạp, người này cũng có một vệt máu ở giày. Tuy nhiên căn cứ vào thời gian anh này bị điều đi công tác, Ban chuyên án thấy không phù hợp với khi vụ án xảy ra nên đã loại khỏi vòng nghi vấn.Mẹ chị Thuận lúc đó mới nhớ ra là đã bị mất chiếc áo len màu nõn chuối mang từ Ấn Độ về, có 5 cái cúc màu cẩm thạch rất đẹp. Bộ phận kỹ thuật được thành lập với nhiệm vụ mô tả lại chiếc áo theo lời kể của mẹ nạn nhân. Công việc này được tiến hành rất tỉ mỉ và xem là hướng điều tra mới. Chiếc áo len màu xanh có cổ cánh sen không phải hiếm nhưng điều đặc biệt là nó có 5 cái cúc màu cẩm thạch thuộc dạng có một không hai thời đó.Sau đó, Ban chuyên án lệnh cho các thành viên chia nhau đi các quận tìm kiếm tang vật, huy động toàn bộ cảnh sát hình sự và cảnh sát khu vực của Công an Hà Nội vào cuộc. Nhiệm vụ của các anh là vào giờ cao điểm buổi trưa và buổi chiều khi mọi người đi làm về đến các ngã tư, ngã ba đông người để quan sát, nếu thấy ai mặc cái áo “đặc biệt” đó thì tìm mọi cách dẫn ngay về trụ sở Công an. Bằng các biện pháp nghiệp vụ, lực lượng chức năng đã nhìn thấy, bắt giữ một người phụ nữ đính chiếc cúc giống đến 99% hình vẽ mô tả.
Tại Công an quận Hoàn Kiếm, người phụ nữ tên Hải tỏ ra bình tĩnh, thành khẩn khai nhận về hành vi buôn bán tem phiếu của mình. Nhưng bà ta không biết đó chỉ là cái cớ, còn điều các chiến sĩ hình sự quan tâm hơn cả là chiếc cúc áo màu cẩm thạch trên áo len của bà, tang vật của một vụ án mà Công an đang điều tra. Nhưng màu áo len của bà Hải lại không phải xanh nõn chuối như người nhà nạn nhân miêu tả.Trong lúc khéo léo gợi ý để bà Hải khai ra nguồn gốc chiếc cúc cẩm thạch, Ban chuyên án được bà kể: thấy con gái có mấy chiếc cúc này để trong ngăn kéo, bà thấy đẹp nên lấy ra đính vào áo mình và than rằng con gái bà tên Thủy toàn quan hệ với lưu manh, người yêu của nó là Hùng, đang bị Công an bắt. Cuối đường hầm đã lộ ra những tia sáng. Đi sâu xác minh tìm hiểu về người yêu của con gái bà Hải, Ban chuyên án được biết Hùng tên đầy đủ là Phạm Đăng Hùng, SN 1951, trú tại số 5 phố Nguyễn Quang Bích, thuộc quận Hoàn Kiếm bây giờ.Ngày 1/12/1977, Hùng đã gây ra vụ án cướp tài sản không thành ở khu tập thể 40 Hoàng Hoa Thám, bị người dân phát giác, bắt tại chỗ. Sau này, khi đã thú nhận mình chính là thủ phạm sát hại chị Thuận, Phạm Đăng Hùng cho biết hắn cố tình gây ra vụ cướp ấy để được vào tù, nhằm trốn tránh sự phát hiện của Ban chuyên án khi họ đang tích cực điều tra vụ án ở số 7 Phạm Đình Hổ. Tuy nhiên, ý định này của hắn bất thành.Trước khi bị bắt, Hùng là công nhân thuộc Xí nghiệp xây dựng nhà cửa khu phố Đống Đa, từng có 1 tiền án về tội trộm cắp tài sản, 3 tiền sự tội trộm cắp và 1 tiền sự tội đốt nhà. Thủy, người yêu của Hùng cũng thành khẩn cho biết cách đây hơn một tháng được Hùng tặng cho chiếc áo len màu xanh nõn chuối có những chiếc cúc màu cẩm thạch rất đẹp, tuy nhiên anh ta lại dặn là gỡ len ra để đan lại kiểu khác cho hợp thời trang. Thủy đã làm theo nhưng vì tiếc những chiếc cúc áo đẹp nên cắt ra cất vào ngăn kéo.
Khi đó, Hùng cũng bị lấy dấu vân tay để đối chiếu nhưng vì thời bấy giờ kỹ thuật nghiệp vụ chưa cao nên không phát hiện được. Vì vậy, Hùng ung dung nằm trong nhà tạm giữ để trốn tránh tội ác tày trời của mình. Gây án rồi cố tình bị bắt để được vào tù, hắn nghiễm nhiên nằm ngoài các cuộc điều tra của Ban chuyên án. Nhưng hắn không thể ngờ toàn bộ vụ án đã được phát hiện nhờ hướng điều tra khác.Ban đầu, Hùng quyết định “đổ bê tông” trước những câu hỏi của điều tra viên, nhưng trước những chứng cứ không thể chối cãi, hắn đã phải thừa nhận là thủ phạm gây ra vụ án kinh hoàng tại số 7 Phạm Đình Hổ. Với những hành vi phạm tội nghiêm trọng của mình Hùng đã phải chịu mức án cao nhất là tử hình.
