Theo cáo trạng, từ năm 2006-2007, Đông và chị Thi có mối quan hệ tình cảm mặc dù chị này đã có chồng con. Sau một thời gian quen nhau, Đông nghi ngờ người tình có mối quan hệ tình cảm với một bạn học cũ nên cả 2 thường xảy ra mâu thuẫn. Ngày 30/6/2015, Đông điện thoại rủ chị Thi đến nhà trọ của mình trên đường Trần Văn Hoàng (phường 9, quận Tân Bình, TP HCM). Sau khi quan hệ tình dục, cả hai lại xảy ra mâu thuẫn cãi vã. Đông dùng tay phải kẹp cổ chị Thi, nạn nhân cố gắng chống cự nhưng không được. Một lúc sau, Đông phát hiện chị Thi nằm bất động mới buông tay.
Kiểm tra thấy chị Thi đã chết, Đông dùng túi nylon gói xác người tình để tìm cách phi tang. Khi phát hiện 56.000 đồng trong túi quần nạn nhân rớt ra, Đông lấy tiêu xài cá nhân. Ngoài ra, hung thủ còn lấy điện thoại, xe máy của nạn nhân đi cầm được 24 triệu đồng. Để che giấu tội ác, Đông dùng sim điện thoại của chị Thi để nhắn tin lừa chồng và em gái của người tình rằng, chị này bỏ đi xuất khẩu lao động.
Sáng 2/7/2015, Đông dùng xe máy chở xác nạn nhân phi tang tại khu du lịch sinh thái Làng Tre (xã Mỹ Xuân, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu). Gần 2 năm sau, một người chăn bò phát hiện bộ hài cốt liền trình báo công an.
Qua xác minh, công an biết được Đông từng nhắn tin báo cho em gái chị Thi về việc cầm xe để chị này đi chuộc. Xác định đây là nghi can số một, cơ quan chức năng bắt giữ Hoàng Trọng Đông vào ngày 20/5/2017. Tại cơ quan điều tra, hung thủ thú nhận mọi hành vi phạm tội.
Tại phiên tòa xét xử, Đông với mái tóc đã lấm tấm bạc ngồi cúi đầu trước bục xét hỏi. Khi được chất vấn, anh ta cho rằng bản thân không cố ý giết chết chị Thi: "Chỉ vì có số điện thoại lạ gọi đến máy của Thi, bị cáo hỏi nhưng cô ấy không trả lời. Bị cáo nghi ngờ Thi có người mới nên không kiềm chế được bản thân siết cổ cô ấy để đe dọa không ngờ gây ra án mạng. Thực sự lúc đó bị cáo rất hoảng loạn" - Đông khai. Nam bị cáo cho rằng bản thân rất hối hận, mong được pháp luật khoan hồng giảm nhẹ hình phạt để có cơ hội trở về làm lại cuộc đời.
Phát biểu quan điểm tại phiên xử, đại diện VKS cho rằng bị cáo Đông phạm tội đến cùng vì động cơ đê hèn và giết người mà ngay sau đó lại phạm tội rất nghiêm trọng nên cần có mức án nghiêm khắc. VKS đề nghị xử phạt Đông tử hình về tội "Giết người" và từ ba đến bốn năm tù về tội "Cướp tài sản".
Sau khi nghị án, HĐXX xem xét nhiều tình tiết giảm nhẹ cho bị cáo Đông như thành khẩn khai báo, ăn năn hối cải, đã khắc phục một phần hậu quả khi đã bồi thường 70 triệu đồng cho gia đình bị hại, đại diện gia đình bị hại xin giảm nhẹ hình phạt cho nam bị cáo. Tuy nhiên, HĐXX cho rằng hành vi của Đông là đặc biệt nghiêm trọng, không chỉ gây đau thương, mất mát cho gia đình nạn nhân mà còn gây hoang mang, lo sợ cho người dân ở địa phương, sau khi giết nạn nhân ngay sau đó còn chiếm đoạt tài sản và phi tang xác nhằm che giấu tội phạm nên cần có mức án nghiêm khắc. HĐXX quyết định tuyên phạt Đông tử hình về tội "Giết người" và 4 năm tù về tội "Cướp tài sản". Tổng hợp hình phạt Đông phải chịu là tử hình.
