Ngày 11 tháng 8 năm 2020, ông bị Thủ tướng Nguyễn Xuân Phúc đình chỉ công tác chức vụ Chủ tịch UBND thành phố Hà Nội để "xác minh, điều tra làm rõ trách nhiệm có liên quan trong một số vụ án theo quy định của pháp luật".[16] Cùng ngày, Bộ Chính trị cũng đã quyết định đình chỉ sinh hoạt Ban Chấp hành Đảng bộ, Ban Thường vụ Thành ủy Hà Nội và đình chỉ chức vụ Phó Bí thư Thành ủy Hà Nội đối với ông Nguyễn Đức Chung, Ủy viên Trung ương Đảng, Phó Bí thư Thành ủy, Chủ tịch Ủy ban nhân dân thành phố Hà Nội.[17]. Ông là cấp tướng và là tiến sĩ luật thứ hai của bộ CA lại vi phạm luật đến mức khởi tố sau ông Bùi Quốc Huy, làm cho dân có quyền đặt câu hỏi về các tiến sĩ luật nói riêng và các tiến sĩ khác của bộ CA.

Thiếu tướng Tô Ân Xô, Chánh Văn phòng Bộ Công an cho biết, ông Nguyễn Đức Chung (Chủ tịch UBND TP Hà Nội) đang bị điều tra, làm rõ mối liên quan đến 3 vụ án: Vụ "buôn lậu, vi phạm quy định về kế toán gây hậu quả nghiêm trọng; rửa tiền; vi phạm quy định về đấu thầu gây hậu quả nghiêm trọng" xảy ra tại công ty trách nhiệm hữu hạn và thương mại Nhật Cường. Vụ án thứ hai là "vi phạm quy định về quản lý sử dụng tài sản nhà nước gây thất thoát, lãng phí" xảy ra tại UBND TP Hà Nội và các đơn vị liên quan. Vụ án thứ ba là "chiếm đoạt tài liệu bí mật nhà nước" xảy ra tại Hà Nội.[4]

Sáng ngày 25 tháng 9 năm 2020, HĐND TP Hà Nội tổ chức kỳ họp bất thường nhằm thống nhất với tờ trình bãi nhiệm chức vụ Chủ tịch Ủy ban nhân dân thành phố Hà Nội đối với ông Nguyễn Đức Chung, 95 trong số 96 đại biểu HĐND TP Hà Nội có mặt đã biểu quyết bằng hình thức giơ tay biểu quyết nhất trí thông qua việc này.[18]

Ngày 29 tháng 9 năm 2020, tại Quyết định 1476/QĐ-TTg, Thủ tướng Chính phủ Nguyễn Xuân Phúc phê chuẩn kết quả bãi nhiệm chức vụ Chủ tịch UBND TP Hà Nội nhiệm kỳ 2016 - 2021 đối với ông Nguyễn Đức Chung, do có hành vi vi phạm pháp luật.[19]

Ngày 28 tháng 08 năm 2020, Cơ quan An ninh điều tra Bộ Công an đã ra quyết định Khởi tố bị can, Lệnh bắt tạm giam 04 tháng, Lệnh khám xét chỗ ở và nơi làm việc đối với ông Nguyễn Đức Chung về hành vi "Chiếm đoạt tài liệu bí mật Nhà nước"[20]

Ngày 3 tháng 9 năm 2020, thường trực HĐND TP Hà Nội đã có quyết định tạm đình chỉ việc thực hiện nhiệm vụ, quyền hạn đại biểu HĐND TP Hà Nội khóa 15, nhiệm kỳ 2015-2021[21].

Trong hai ngày 1 và 2 tháng 12 năm 2020, Ủy ban Kiểm tra Trung ương đã họp kỳ thứ 50 nhằm xem xét việc thi hành kỷ luật đối với ông Nguyễn Đức Chung. Theo đó, Ủy ban Kiểm tra Trung ương đã đề nghị Bộ Chính trị, Ban Chấp hành Trung ương xem xét thi hành kỷ luật khai trừ Đảng đối với ông Nguyễn Đức Chung, Uỷ viên Trung ương Đảng, nguyên Phó Bí thư Thành ủy, nguyên Bí thư Ban cán sự Đảng, nguyên Chủ tịch UBND Thành phố Hà Nội.[22]

Trưa 11/12, TAND TP Hà Nội đã tiến hành tuyên án vụ án "Chiếm đoạt tài liệu bí mật nhà nước” liên quan đến vụ án Công ty Nhật Cường, thuộc diện Ban Chỉ đạo Trung ương về phòng, chống tham nhũng theo dõi, chỉ đạo. Tòa đã tuyên án phạt ông Nguyễn Đức Chung 5 năm tù về tội “Chiếm đoạt tài liệu bí mật nhà nước” theo quy định tại Điều 337 – Bộ luật Hình sự năm 2015.[23]