Được biết trước đó, Thau từng chịu án 14 năm tù do liên quan đến vụ giết người. Sau khi ra tù, Thau làm thợ xây tại địa phương. Do hay phải di chuyển theo các công trình ở xa nhà, Thau thường xuyên "quan hệ" với gái làng.
Vào một ngày tháng 10/2009, sau khi nghe tiếng quát mắng con gái 5 tuổi của chị Nguyễn Thị H. trú tại huyện An Lão, Thau liền sang dỗ dành rồi dẫn cháu V. đi mua quà vặt.
Khi cách nhà chị H. 100m, Thau liền có hành vi sàm sỡ cháu V. Ngay lúc đó, chị H. đã phát hiện, bắt quả tang hành vi trên của Thau, đồng thời tri hô hàng xóm giải Thau về trụ sở Công an xã Xuân Đài.
Căn cứ vào các tình tiết của vụ án và lời khai thành khẩn của bị cáo, TAND TP Hải Phòng đã tuyên phạt mức án chung thân đối với Phạm Minh Thau theo khoản 4, Điều 112, Bộ luật Hình sự