Theo kết quả điều tra ban đầu của công an huyện Thuận Châu, xe ô tô biển kiểm soát 30A - 03288 do Đỗ Văn Huy, sinh năm 1979 trú tại Hải Dương điều khiển lưu thông theo chiều Điện Biên - Hà Nội. Do ban đêm trời mưa kèm theo sương mù, tầm nhìn bị hạn chế, xe xuống dốc vào đường cong, đi không đúng phần đường đã lao xuống vực phía bên trái.
Hậu quả làm anh Đỗ Văn Huy, chị Ngô Thị Hồng Nhung sinh năm 1990 thường trú tại tỉnh Điện Biên chết tại chỗ; anh Lê Đình Tự sinh năm 1982 thường trú tại Hải Dương bị thương nặng được đưa đi cấp cứu tại Bệnh viện Đa khoa tỉnh Sơn La nhưng đã tử vong, riêng anh Nguyễn Văn Hưng bị thương nhẹ.
Sau khi xảy ra tai nạn, các lực lượng chức năng và chính quyền địa phương đã có mặt tại hiện trường và thực hiện cứu hộ cứu nạn.