Theo cơ quan công an, nguyên nhân vụ tai nạn được xác định do lái xe Nguyễn Văn Thịnh điều khiển xe ô tô đầu kéo 15C-132.14, kéo theo rơ-moóc 15R-024.15 không chú ý quan sát, đã đâm vào các phương tiện cùng chiều phía trước đang dừng chờ đèn tín hiệu giao thông. Cú va chạm mạnh, dẫn đến tai nạn liên hoàn giữa 7 ô tô. Vụ tai nạn cũng khiến 7 xe hư hỏng nặng; quốc lộ 5 ùn tắc kéo dài theo chiều từ Hà Nội về Hải Phòng.
Ngay sau khi vụ tai nạn xảy ra, Công an thành phố Hải Phòng đã chỉ đạo các lực lượng nghiệp vụ nhanh chóng có mặt khám nghiệm hiện trường, tổ chức cứu hộ, cấp cứu người bị nạn; phân luồng, điều tiết giao thông…
Công an Hải Phòng cũng đã tạm giữ khẩn cấp lái xe Nguyễn Văn Thịnh để điều tra. Qua xác nh sơ bộ và lời khai lái xe, nguyên nhân ban đầu được xác định là do xe đầu kéo không giữ khoảng cách an toàn, không đảm bảo tốc độ để kịp dừng lại. Lái xe Nguyễn Văn Thinh thừa nhận trong lúc điều khiển xe đã cúi sang ghế phụ lấy chai nước uống, không quan sát đầy đủ, vi phạm quy trình thao tác lái xe.
Kết quả kiểm tra nồng độ cồn và ma túy đối với các lái xe liên quan cho thấy không có vi phạm (riêng lái xe Trương Mạnh Q. do bị thương đang được cấp cứu tại bệnh viện nên chưa kiểm tra được.