Trong lúc bị bắt giữ tại trụ sở UBND xã, đến khoảng 5 giờ sáng cùng ngày anh Tình kêu đau bụng xin đi ngoài, khoảng 30 phút sau quay lại chợt anh Tình mặt mày tím tái và nằm vật xuống giữa thềm. Thấy vậy, Đội cơ động công an (CĐCA) xã đưa anh vào Trạm xá xã, đồng thời thông báo cho gia đình và gọi tắc xi đưa anh đi cấp cứu tại Bệnh viện đa khoa Kỳ Anh, nhưng anh đã bị tử vong vào lúc 9 giờ sáng ngay dọc đường tới viện.
Trước cái chết của anh Nguyễn Văn Tình, các cơ quan chức năng Hà Tĩnh đã vào cuộc điều tra, tiến hành môt tử thi. Vào lúc 19 giờ 30 cùng ngày, ca mổ khám nghiệm tử thi được thực hiện xong tại Bệnh viện đa khoa Kỳ Anh với sự tham gia của: Phòng Pháp y (PC 54) Công an Hà Tĩnh; Trung tâm giám định pháp y Hà Tĩnh; Viện KSND Hà Tĩnh, chính quyền địa phương và gia đình nạn nhân...
Bước đầu cái chết của anh Tình được xác định do tụ máu não, trên thi thể nạn nhân không có vết thương ngoài vết xước ở phần cổ tay do bị còng trước đó.
Ông Nguyễn Tiến Điền, quyền Chủ tịch UBND xã Kỳ Văn cho biết: Trước mắt xã trích 17 triệu đồng mua sắm hòm vỏ, và sẽ bỏ ra toàn bộ chi phí cho lo đám tang với chi phí ước tính khoảng 30 triệu đồng.