Theo hồ sơ, khoảng tháng 2-2011, Cao Hoài Biên có quan hệ tình cảm với chị VTS. Sau khi chị S. có thai và sinh con thì Biên lại chối bỏ trách nhiệm rồi đi quan hệ với cô gái khác.
Khoảng 19 giờ 30 ngày 1-5-2015, anh ruột chị S. là Võ Quốc Sâm cùng bạn là Trần Viết Thịnh đến một quán ở đường Hùng Vương, TP Tuy Hòa thì thấy Biên và một cô gái từ trong quán đi ra. Sâm nói với Thịnh: “Chồng cũ của S., đi với tao để tao đánh dằn mặt”. Sau đó Sâm chở Thịnh đuổi theo. Khi đến đường Nguyễn Du thì đuổi kịp, Sâm đánh Biên nhưng Biên né được và nhảy xuống xe. Sâm cũng xuống xe chạy lại đánh làm Biên chết do chấn thương sọ não và tổn thương đốt sống cổ.
