Ngày 21 tháng 7 năm 2015, cơ quan cảnh sát điều tra Bộ Công an đã thực hiện lệnh khám xét nơi ở của ông Nguyễn Xuân Sơn khu đô thị Ciputra, Phường Phú Thượng, Quận Tây Hồ, Hà Nội. Sau đó, cơ quan cảnh sát điều tra Bộ Công an cũng đã bắt tạm giam để điều tra ông Nguyễn Xuân Sơn.Quyết định bắt tạm giam ông Sơn do Viện Kiểm sát tối cao phê chuẩn với tội danh "Lợi dụng chức vụ quyền hạn trong khi thi hành công vụ gây hậu quả nghiêm trọng"; "Cố ý làm trái các quy định của Nhà nước về quản lý kinh tế gây hậu quả nghiêm trọng". PVN là cổ đông lớn của OceanBank (đã giữ 20% cổ phiếu)[3]. Khi ngân hàng này có lỗ lã, Ngân hàng Nhà nước (NHNN) phải mua lại OceanBank với giá 0 đồng, các cổ đông đều mất hết tiền (quyền sở hữu). Việc PVN mất số vốn đầu tư 800 tỷ đồng tại Ngân hàng Thương mại Cổ phần Đại Dương, ông Sơn bị cho là phải chịu trách nhiệm liên đới.[4]

Tài liệu điều tra vụ án kinh tế xảy ra tại Ngân hàng TMCP Đại Dương (Oceanbank) cho biết, để huy động vốn cho Ngân hàng Oceanbank, giữa Hà Văn Thắm và Nguyễn Xuân Sơn đã đi đến một thỏa thuận, được gọi là “chi phí” dịch vụ khách hàng, Nguyễn Xuân Sơn là người hưởng lợi tổng cộng gần 70 tỷ đồng.[5]