Theo cáo trạng, khoảng 14g ngày 25/11/2012, Hiếu từ lán của gia đình trên đường trở về thì rẽ vào vườn mía nhà ông Phấn (hàng xóm) bẻ một cây mía ngồi ăn. Lúc này cháu VTN (14 tuổi), người cùng bản đi tìm trâu lạc qua đó nên Hiếu nảy ý định trêu đùa.
Hiếu đón đường cháu N trêu chọc và không cho đi. Cháu N bảo tránh đường để đi tìm trâu rồi hoảng sợ bỏ chạy vấp phải hòn đá ngã xuống đường. Hiếu chạy lại lật người cháu lên thì thấy cháu N co giật. Sợ cháu N tỉnh dậy sẽ trở về nhà mách chuyện bị Hiếu rượt ngã nên Hiếu đã bóp cổ cháu N đến chết. Hiếu bế nạn nhân vào khu vực vườn mía nhà ông Phấn rồi vứt vào bụi cỏ sau đó đi về nhà.
Không thấy con gái đâu, người nhà tổ chức đi tìm, đến chiều tối cùng ngày đã phát hiện thi thể cháu N. Một ngày sau đó, Hiếu đến CQCA đầu thú và khai nhận toàn bộ hành vi.
Vụ án sau đó đã được TAND tỉnh Nghệ An trả hồ sơ đề nghị điều tra lại, vì ngoài tội danh “giết người” mà VKS truy tố thì phía gia đình nạn nhân còn tố cáo Hiếu xâm hại tình dục nạn nhân. CQĐT sau đó đã khởi tố vụ án “hiếp dâm” nhưng chưa xác định được người phạm tội. Do hết hạn điều tra nên CQĐT quyết định tách vụ án “hiếp dâm” để điều tra xử lý sau.
Tại phiên tòa sơ thẩm vào tháng 9/2013, TAND tỉnh Nghệ An đã tuyên phạt Hồ Văn Hiếu 19 năm tù giam về tội “giết người”. Cho rằng mức án của bị cáo còn thấp nên người nhà bị hại đã làm đơn kháng án.
Ngày 6/3, tại phiên tòa phúc thẩm TAND tối cao, Hiếu một lần nữa cúi đầu nhận tội “giết người”. Xét hành vi giết người của bị cáo có tính côn đồ, HĐXX đã nâng từ mức án 19 năm tù giam lên án chung thân đối với Hiếu. Buộc bồi thường dân sự hơn 80 triệu đồng cho gia đình bị hại.