Căn cứ kết quả điều tra, ngày 3/01/2020, Cơ quan Cảnh sát điều tra - Công an tỉnh Thái Bình ra Quyết định khởi tố bị can, lệnh tạm giam đối với Lại Thị Kiều Trang, sinh năm 1994, đăng ký hộ khẩu thường trú tại thôn 4, xã Vũ Quý, huyện Kiến Xương để điều tra hành vi có dấu hiệu phạm tội "Giết người" được quy định tại Điều 123 Bộ luật hình sự.
Theo Công an tỉnh Thái Bình, tại cơ quan điều tra Lại Thị Kiều Trang khai, Trang là em họ chị Đ. T. H. Y. (cán bộ Bệnh viện Phổi Thái Bình) có chồng là anh P. V. Q.
Từ tháng 1/2019 giữa Trang và anh Q. nảy sinh tình cảm yêu đương. Khoảng tháng 10/2019, anh Q. muốn dừng lại mối quan hệ này dẫn đến việc Trang buồn chán.
Khoảng đầu tháng 11/2019 Trang đã tìm mua xyanua trên mạng internet để tự tử, nhưng do ghen với chị Đ. T. H. Y. nên Trang đã nảy sinh ý định giết chị Y. Biết chị Y. hay uống trà sữa, ngày 2/12/2019 Trang đã mua trà sữa về nhà và bơm xyanua vào cốc trà sữa mang đến Bệnh viện Phổi Thái Bình giả là người nhà bệnh nhân gửi cho chị Y. để cảm ơn.
Do chị Y. không có mặt ở bệnh viện, Trang đã gửi túi đựng trà sữa cho một điều dưỡng viên khác và nhờ chuyển cho chị Y. Khoảng 10h ngày 3/12/2019, chị N. T. H. (30 tuổi, đồng nghiệp chị Y.) đã uống phải cốc trà sữa do Trang gửi đến, ngay sau đó nạn nhân tử vong.
Ngày 31/12/2019, Cơ quan Cảnh sát điều tra - Công an tỉnh Thái Bình đã quyết định khai quật và khám nghiệm tử thi để làm rõ nguyên nhân chết.
Trước đó, Công an thành phố Thái Bình đã khởi tố vụ án để phục vụ công tác điều tra, sau đó, thấy tính chất vụ việc nghiêm trọng, đơn vị này bàn giao hồ sơ vụ việc lên Công an tỉnh thụ lý.