Theo diễn biến vụ án, sau khi bắt giữ Vương Văn Hùng, đối tượng nghiện có 3 tiền án, nút mở của vụ án dần được tháo gỡ khi Cơ quan điều tra Công an tỉnh Điện Biên bắt thêm các đối tượng Bùi Văn Công — đối tượng chủ mưu và Phạm Văn Nhiệm.
Tuy nhiên, trong giai đoạn đầu của vụ án, cả 3 đối tượng này lỳ lợm không khai thêm 2 đồng phạm là Lường Văn Hùng (SN 1991, trú bản Na Hí, xã Hua Thanh, huyện Điện Biên) và Lường Văn Lả (SN 1991, trú bản Mển, xã Thanh Nưa, huyện Điện Biên). Việc đưa 2 kẻ thủ ác ra ánh sáng là cả một quá trình đầy gian nan của lực lượng phá án Bộ Công an và Công an tỉnh Điện Biên.
Theo các trinh sát Phòng Cảnh sát Hình sự Công an tỉnh Điện Biên kể lại, khi tới gia đình nạn nhân thăm hỏi, chia buồn, cũng như đi tới hiện trường vụ án, các trinh sát đã đưa vào tầm ngắm đối tượng Lường Văn Lả bởi anh ta có thái độ rất lạ.
Lường Văn Lả luôn có mặt ở vòng ngoài tại các hiện trường mà lực lượng Công an tìm ra, luôn dò hỏi mọi người xem Công an đã tìm ra manh mối gì chưa. Thậm chí, trong đám tang đầy bi thương của nữ sinh viên Cao Mỹ Duyên, Lường Văn Lả cũng đi theo đoàn người đưa tiễn đến nghĩa trang anh ta vẫn hỏi han, nghe ngóng về việc điều tra của Công an.
Với những biểu hiện đáng ngờ của Lường Văn Lả, bằng các biện pháp nghiệp vụ và qua phát động phong trào quần chúng tố giác tội phạm các trinh sát có thông tin về việc ngày mùng 2 Tết Lường Văn Lả cùng một người đàn ông khác có xuất hiện tại nhà đối tượng Bùi Văn Công.
Hôm đám tang Duyên, anh ta đi chỉ để nhặt tiền lẻ mà mọi người rải ra đường, với mục đích mang tiền này đi chơi game. Trinh sát xác minh nóng các địa điểm mà Lả nói anh ta chơi games ở đó đều không có thật. Với các chứng cứ mà trinh sát thu thập được, sau nhiều giờ đấu tranh, biết không thể thoát tội, Lường Văn Lả mới thừa nhận có liên quan.
Diễn biến vụ án đã sang một tiến trình mới khi cơ quan CSĐT Công an tỉnh Điện Biên đã thu thập chứng cứ, chứng minh hành vi phạm tội và khởi tố đối tượng Lường Văn Hùng và Lường Văn Lả với tội danh giết người. Hiện, cơ quan CSĐT Công an tỉnh Điện Biên đang củng cố thêm chứng cứ để khởi tố Lường Văn Hùng và Lường Văn Lả về tội hiếp dâm và tiếp tục điều tra, làm rõ vụ án.