Theo hồ sơ vụ án, Trang có quan hệ yêu đương với anh Phạm Văn Quyền là chồng chị Đàm Thị Hải Yến, (chị Yến là chị họ, con bác ruột của Lại Thị Kiều Trang).

Tháng 10/2019, cảm thấy có lỗi với vợ con, anh Quyền đề nghị chia tay Trang, khiến cô này nảy sinh ý định tự tử. Đầu tháng 11/2019, Trang lên mạng đặt mua 1.000 ml chất độc xyanua với giá 390.000 đồng.

Tuy nhiên, Trang thay đổi suy nghĩ, nảy sinh ý định dùng 2 lọ Natri Xyanua đã mua từ trước đầu độc, giết chết chị Yến, để Trang và anh Quyền có quyền tự do quan hệ đi lại yêu đương mà không sợ điều tiếng.

Biết chị Yến thích uống trà sữa, sáng 2/12/2019, Lại Thị Kiều Trang đặt mua 6 cốc gồm: 3 cốc loại "Panda" và 3 cốc loại "ba anh em", sau đó hẹn anh Phạm Quý Thắng (nhân viên cửa hàng) mang trà sữa đến giao cho Trang tại khu vực gần ngã tư Bệnh viện Phụ sản An Đức, thuộc phường Trần Lãm, thành phố Thái Bình.

Khi anh Thắng mang trà sữa đến, Trang trả đủ tiền rồi mang về nhà. Trang dùng dao lam rạch một đường nhỏ khoảng 1 cm tại phần nilon bịt miệng cốc, dùng xi lanh hút bớt trà sữa đi, bơm Natri Xyanua vào, dùng băng dính trắng dán phần bị rạch lại. Khi bơm được 4 cốc thì hết chất Natri Xyanua, Trang vứt dao lam, kim tiêm, băng dính vào thùng rác của gia đình.

Khoảng 14h cùng ngày, Trang đi xe máy mang theo 6 cốc trà sữa, trong đó có 4 cốc có độc, đến Bệnh viện Phổi Thái Bình, mục đích gửi cho chị Yến.

Trang mua thêm một túi quýt, bỏ phong bì có 100.000 đồng vào túi đem cùng trà sữa đến phòng hành chính tầng 3, thuộc khoa nội 3 Bệnh viện Phổi Thái Bình, nơi chị Yến làm việc. Do Yến đã về nên Trang gửi cho chị Phan Thị Lý (cán bộ điều dưỡng cùng khoa với chị Yến), nhờ đưa cho chị Yến.

Sau khi nhận đồ, chị Lý điện thoại cho chị Yến nói có người gửi cho trà sữa và chị Yến nhờ để vào trong tủ lạnh uống sau.

Khoảng 18h30 cùng ngày, chị Lý lấy hai cốc trà sữa đưa cho con trai (9 tuổi) uống một cốc, còn chị Lý uống 1/2 cốc, số còn lại bỏ vào tủ lạnh. Khoảng 9h45 ngày hôm sau 3/12/2019, chị Lý uống nốt 1/2 cốc còn lại.

10h ngày 3/12/2019, tại phòng hành chính tầng 3, thuộc khoa nội 3 Bệnh viện Phổi Thái Bình, chị Nguyễn Thị Hạnh (cùng là điều dưỡng, đồng nghiệp chị Yến) lấy một trong 4 cốc còn lại ra mời chị Đoàn Thị Hương (điều dưỡng) nhưng chị Hương không uống.

Chị Hạnh sau đó cầm một ống hút chọc vào cốc trà sữa, uống được khoảng 2 ngụm thì chạy vào nhà vệ sinh nhổ ra và nói "Hương ơi trà sữa này làm sao ấy". Lúc này, chị Mai Thị Toan là điều dưỡng viên cùng khoa nội 3 về phòng, thấy chị Hạnh quay vào bàn lấy cốc nước lọc ra nhà vệ sinh súc miệng.

Chị Hương và chị Toan nghe thấy tiếng cốc rơi nên đi ra nhà vệ sinh thì thấy chị Hạnh đang úp mặt xuống nền nhà, chân tay co quắp. Chị Toan liền gọi và lật ngửa chị Hạnh lên thấy da mặt nhợt nhạt, miệng sùi bọt mép, mắt trợn trắng. Chị Hương gọi người đưa chị Hạnh xuống phòng cấp cứu tại tầng 1 nhưng chị Hạnh chết ngay sau đó.

Cơ quan Cảnh sát điều tra Công an TP Thái Bình đã vào cuộc điều tra cái chết bất thường của chị Hạnh.

Ngày 30/12, Cơ quan cảnh sát điều tra Công an TP Thái Bình quyết định khởi tố bị can và bắt tạm giam Lại Thị Kiều Trang về tội Giết người. Một ngày sau, Công an tỉnh Thái Bình quyết định khai quật thi thể nạn nhân để phục vụ công tác điều tra.