Theo hồ sơ vụ án, Hoàng đem lòng yêu bà Lê Thị Ch. (SN 1986, trú cùng xã - em họ của Hoàng). Tuy nhiên, tình cảm này không được đáp lại. Bị từ chối, Hoàng sinh lòng thù hận, ghen tuông vô cớ và nung nấu ý định sát hại nạn nhân.
Tối 24/8/2024, khi thấy bà Ch. rời khỏi nhà hàng xóm, Hoàng nổi cơn ghen và quyết định ra tay. Y về nhà lấy hai con dao rồi chặn đường bà Ch. để đối chất. Trong lúc tranh cãi, khi thấy nạn nhân lấy điện thoại gọi điện, Hoàng nghi ngờ bà báo công an nên lập tức lao vào tấn công.

Bị cáo dùng dao tấn công nhiều nhát vào cơ thể nạn nhân, khiến bà Ch. hoảng sợ bỏ chạy. Nhưng Hoàng không buông tha, tiếp tục truy đuổi, chém liên tiếp vào tay, chân, ngực, lưng và bụng nạn nhân. Khi người dân phát hiện và tri hô, Hoàng bỏ chạy nhưng sau đó quay lại, cắt nhiều nhát vào cổ nạn nhân để chắc chắn rằng bà không còn sống.
Sau khi gây án, Hoàng giấu hung khí và bỏ trốn. Tuy nhiên, chỉ chưa đầy hai giờ sau, Công an huyện Ea Kar đã bắt giữ được y.
Tại phiên tòa, Hội đồng xét xử nhận định hành vi của Nguyễn Duy Hoàng là đặc biệt nghiêm trọng, tàn ác, thể hiện sự coi thường pháp luật và tính mạng con người. Căn cứ vào các tình tiết của vụ án, Tòa án nhân dân tỉnh Đắk Lắk tuyên phạt bị cáo mức án tử hình về tội giết người.