Theo tài liệu của cơ quan công an, một ngày cuối tháng 11-2011, Cao và 3 người bạn cùng quê rủ nhau đi hát tại một quán karaoke ở xã Nam Trung. Khi thanh toán tiền, chủ quán phát hiện chiếc micro trong phòng bị hỏng đã yêu cầu Cao bồi thường 500.000 đồng.
Không có tiền trả, 2 bên lời qua tiếng lại dẫn đến xô xát. Cao cùng 3 người bạn nổi máu côn đồ, đập phá nhiều tài sản trong quán, hành hung cán bộ Công an xã Nam Trung khi anh này tới can ngăn rồi bỏ chạy.
Sáng hôm sau, nghe tin 3 người bạn tham gia vụ gây rối bị cơ quan công an tạm giữ, Cao nhanh chân đón xe khách trốn vào Đồng Nai. Làm công nhân cho một doanh nghiệp ở huyện Long Thành, đến tháng 9-2012, Cao quay ra Hà Nội sống lang thang ở khu vực xã An Khánh, huyện Hoài Đức.
Cuối tháng 10-2012, trinh sát Phòng 6 - Cục Cảnh sát truy nã tội phạm nhận được thông tin về việc Trần Văn Cao, thường xuyên xuất hiện ở khu vực xã Mỹ Đình, huyện Từ Liêm, với tên gọi là Nam.
“Đề phòng bị cơ quan công an bắt giữ, Cao rất thận trọng khi nói chuyện, làm quen với người lạ đồng thời không tiết lộ cho ai biết chỗ ở” - một trinh sát kể.
Bí mật giám sát di biến động của đối tượng, tối 8-11, trinh sát phát hiện Cao cùng nhóm bạn đến một quán cà phê gần SVĐ Quốc gia Mỹ Đình đã phục kích, bắt giữ. Quá trình xét hỏi, bước đầu Cao khai nhận hành vi phạm tội của mình như trên.