הירי הקטלני התבצע מתוך רכב חולף, סמוך לרכבת הקלה בגבעת התחמושת בירושלים. המחבל ככל הנראה הגיע ברכב מכיוון צומת הגבעה הצרפתית הפסל הלבן. הוא ירה לעבר אנשים שעמדו בתחנת הרכבת ופגע באישה. הוא המשיך בנסיעה במהירות לכיון צומת קלרמון וירה לעבר אישה נוספת שהייתה בתוך רכבה. המחבל המשיך בנסיעה לכיון שייח' ג'ראח, עצר את רכבו בצד הכביש, הבחין בצוות לוחמי יס"מ אופנועים שנסעו לכיוונו וירה לכיוונם, ופצע שניים מתוכם, שכאמור אחד מהם במצב קשה. צוות לוחמי מג"ב שקיבל את הדיווח והיה בסמוך הבחין במחבל ברכבו וחיסל אותו.
פראמדיק מד"א אהרון אדלר, שנכח בתחילת האירוע, סיפר: "כשהגעתי למקום האירוע ברחוב חיים בר לב הבחנתי באישה כבת 60 עם פצע ירי בפלג גופה העליון. היא הייתה מחוסרת הכרה, ללא נשימה וללא דופק, הענקנו לה טיפול רפואי מציל חיים, העלינו אותה לניידת טיפול נמרץ שלנו שהייתה במקום והיא פונתה לבי"ח הדסה הר הצופים כשמצבה אנוש. תוך כדי קיבלנו דיווח על פצועים נוספים ברחוב שמעון הצדיק. המשכתי לשם באופנוע טיפול נמרץ וכשהגעתי ראיתי שני הפצועים כבני 30 שסבלו מפצעי ירי, אחד היה בהכרה מלאה ונפגע בגפיים והשני בפלג גופו העליון. לאחר טיפול מהיר בשטח פינינו את הפצועים לבתי החולים. במהלך הפינוי הפצוע טופל לעצירת דימומים, טיפול לכאב ונוזלים".
קורינה ניקולייב בת ה-18 שעמדה בתחנת הרכבת באותו זמן, סיפרה: "עמדתי בתחנה לחכות לאוטובוס למעלה אדומים, פתאום התחיל ירי ונכנס לי רסיס של כדור בגב. הזכוכית בתחנה התרסקה. ראיתי שזה ירי, התחלתי לרוץ, התחבאתי מאחורי התחנה. לידי הייתה הנפגעת שנרצחה. הייתי בפאניקה ורעדתי. מד"א ישר לקחו אותי. תוך שניות באו מד"א והגיעו שוטרים. התקשרתי מיד לאבא שלי והגבתי כמו שצריך".
לפיגוע הירי היו עדות תלמידות תיכון מפ"ת, מבית הספר התיכון הדתי "בית יעקב". בדיוק כשעברו במקום נשמעו קולות הירי, מה שגרם להן להיכנס לפניקה. הן נשכבו על הרצפה באוטובוס, וחיכו עד יחלוף הזעם. בהוראת מנהל החינוך בעירייה וראש העיר, האוטובוס כרגע עושה את דרכו חזרה לפ"ת מבלי שהבנות יבצעו את הפעילות.
התרעות פיקוד העורף