Trong một lần lên mạng "chat", Thắng đã quen với chị Nguyễn Thị H., 24 tuổi, trú ở xã Cổ Nhuế (Từ Liêm, Hà Nội). Biết chị H. đang cần việc làm, Thắng hứa sẽ xin việc làm cho chị với mức thu nhập cao.

Chiều 18/10/2009, Thắng thông báo với chị H. rằng tối sẽ đón chị tới nhà một người bạn để xin việc, chị H. đã nhận lời. Đến 20h30' cùng ngày, Thắng mang theo dao nhọn tới khu vực ngã tư Phạm Văn Đồng - Trần Cung để đón chị H. Anh ta đưa chị H. đến địa phận thôn Nhuế (Kim Chung, Đông Anh) rồi dừng xe tâm sự.

Tại đây, anh ta đã tước đi mạng sống của chị H., sau đó mang chiếc xe máy của chị đi bán. Với hai tội danh giết người và cướp tài sản, Hội đồng xét xử đã tuyên phạt bị cáo Nguyễn Hữu Thắng mức án tử hình