Theo điều tra ban đầu, vào khoảng 22 giờ ngày 13/7, trong lúc chị Nguyễn Thị Cẩm Hậu (sinh năm 1997, trú ở khu phố Phú Hiệp 3, phường Hòa Hiệp Trung, thị xã Đông Hòa, Phú Yên) cùng con gái là Trần Khả Vy (sinh năm 2017) đang ngủ, thì Trần Văn Kiên (sinh năm 1994, chồng của chị Hậu) mang theo dầu hỏa vào phòng ngủ của chị Hậu đổ lên tấm nệm rồi châm lửa đốt, sau đó Kiên đóng cửa phòng và đi ra bên ngoài.
Sau khi ngọn lửa bùng phát và nghe tiếng kêu cứu phát ra từ trong phòng của chị Hậu, bà Lương Thị Màu (mẹ ruột của Kiên) đã mở cửa phòng và hô hoán người dân ở bên cạnh nhà đến ứng cứu, dập tắt ngọn lửa đang cháy lan nhanh.
Vụ hỏa hoạn, khiến chị Nguyễn Thị Cẩm Hậu bị bỏng 2 chân với tỷ lệ thương tích 25%, cháu Trần Khả Vy bị bỏng chân trái với tỷ lệ thương tích 2%, bà Màu cũng bị bỏng nhẹ ở chân trái, nhiều vật dụng trong phòng cũng bị lửa thiêu rụi.