Tại phiên tòa xét xử, trong phần xét hỏi, luật sư Lê Hồng Hiển (người bảo vệ quyền lợi cho bị hại) đã nêu ra tình tiết, vào đêm 17/1, khi cháu N.A. được đưa vào viện cấp cứu với 10 chiếc đinh trong đầu, chị Nguyễn Thị Luyến (mẹ nạn nhân) đã nhắn tin cho Nguyễn Trung Huyên: “Dù có chuyện gì xảy ra, em vẫn yêu anh, em không thể sống thiếu anh”. Ông Hiển đặt nghi vấn rằng Luyến biết những hành động Huyên làm với con gái nhưng vì tình yêu cho bị cáo mà Luyến đã không trình báo, có biện pháp ngăn chặn.
Về phía đại diện VKSND TP. Hà Nội cho biết, vai trò của chị Luyến trong vụ án từ lời khai của những người liên quan bất nhất, có nhiều thay đổi.
Cụ thể, trong lời khai ban đầu của Huyên, bị cáo nói mỗi lần đánh đập, hành hạ cháu N.A., chị Luyến đều biết. Tuy nhiên, Huyên khai với cán bộ điều tra rằng lúc đó, mẹ bé gái và bị cáo có tình cảm sâu đậm nên chị Luyến không trình báo cơ quan chức năng. Đến những lời khai sau và tại phiên tòa, Huyên lại khẳng định chị Luyến không biết gì về những lần bị cáo hành hạ, tìm cách sát hại cháu A.
Tại phiên tòa, chị Luyến cho biết, cả 5 lần Huyên cố gắng sát hại cháu A. chị đều không biết do cả ngày đi làm.
Do có những vấn đề chưa được làm rõ, đại diện VKSND TP Hà Nội đề nghị HĐXX trả hồ sơ, yêu cầu điều tra bổ sung vai trò của chị Nguyễn Thị Luyến.
Tại tòa, nói về tội ác đã gây ra, Huyên cho biết, lần đầu, gã lấy keo ở xưởng mộc về nhà, sau đó nhỏ vào mũi của nạn nhân khiến cháu bé rơi vào trạng thái khó thở. Những lần sau đó, Huyên cho cháu A. uống thuốc diệt cỏ, bắt nuốt đinh vít và đánh gãy tay nạn nhân. Ở lần cuối cùng, Huyên đã đóng nhiều chiếc đinh vào đầu cháu bé. Giải thích về lý do gây ra tội ác, bị cáo nói không muốn nuôi dưỡng con riêng của vợ nên nghĩ cách giết bé gái.