Theo cáo trạng, ngày 17.5.2012, Cơ quan CSĐT, Bộ Công an ra lệnh bắt Dương Chí Dũng. Dương Tự Trọng biết anh mình có lệnh bắt nên đã hướng dẫn anh đến trốn tại nhà bạn gái là Hoàng Kim N (tổ 43, phường Quan Hoa, Cầu Giấy, Hà Nội). Tiếp đó, Dương Tự Trọng đã bàn bạc với Vũ Tiến Sơn, Hoàng Văn Thắng, Nguyễn Trọng Ánh, Phạm Minh Tuấn lên kế hoạch đưa Dương Chí Dũng đi trốn.
Theo sự phân công, Hoàng Văn Thắng và Phạm Minh Tuấn đã đưa Dương Chí Dũng từ Hà Nội xuống nhà bố của chị Hoàng Kim N ở trị trấn Quảng Hà (Hải Hà, Quảng Ninh) nhằm vượt biên sang Trung Quốc. Dương Chí Dũng xem quẻ bói thấy việc trốn theo hướng Bắc không tốt đã quyết định chuyển hướng xuống phía Nam sang Campuchia, để bay sang Mỹ.
Để tổ chức trốn theo hướng này, Dương Tự Trọng đã bàn với Vũ Tiến Sơn đã dùng 2 đối tượng có quan hệ xã hội là Đồng Xuân Phong (bị Công an TP.HCM truy nã về tội buôn lậu từ năm 2009; đang sống ở Hải Phòng) và Trần Văn Dũng (tức Dũng Bắc Kạn) giúp sức.
Quá trình đưa Dương Chí Dũng đi, các đối tượng liên tục thay đổi xe để tránh bị phát hiện. Tối ngày 23.5.2012, Dương Chí Dũng được chở theo đường tiểu ngạch trốn sang Campuchia. Trưa 24.5.2012, Đồng Xuân Phong mua vé máy bay và cùng Dương Chí Dũng từ Campuchia bay sang Singapore để Dũng làm thủ tục xuất cảnh đi Mỹ. Tuy nhiên, do Văn phòng Interpol Việt Nam đã trao đổi thông tin về vụ án và lệnh truy nã quốc tế với Dương Chí Dũng đối với Văn phòng Interpol của Mỹ nên đối tượng này đã không được phép nhập cảnh Mỹ.
Ngày 27.5.2012, Dương Chí Dũng phải quay trở về Campuchia. Sau thời gian lẩn trốn nơi đất khách, đến ngày 4.9.2012, Dương Chí Dũng bị bắt tại Campuchia.