מתחקור ראשוני עולה כי שתי קטינות בנות מיעוטים, אחת עם תיק בית ספר, הגיעו לעמדת הכניסה בתחנה המרכזית ברמלה. המאבטח המוצב במקום ביקש מהן להזדהות לקראת בדיקה, השתיים שלפו סכינים, דקרו את המאבטח ופצעו אותו באורח קל ברגלו וידו. הן הובלו לחקירה בתחנת המשטרה ברמלה.
חובש בכיר במד"א שלמה אלקסלסי שהיה במקום בזמן ההתרחשות סיפר: "בזמן שטיילתי בקניון שמעתי לפתע צעקות 'מחבלים מחבלים' ורצתי מיד למקום, הבחנתי בצעיר כבן 25 כשהוא בהכרה מלאה ונסער, הוא סבל ממספר פצעי דקירה בגפיים, הענקתי לו טיפול רפואי ראשוני ובתוך דקות ספורות הגיעו אמבולנסים שלנו למקום ופינו אותו לבית החולים. המאבטחים במקום השתלטו על שתי הדוקרות והעבירו אותן לידי כוחות הביטחון".
רש"ט הדר כהן ז"ל, תושבת אור יהודה שהועלתה בדרגה לאחר מותה, התגייסה למשמר הגבול לפני כחודשיים, והותירה אחריה הורים, אח ואחות. על פי תמונות שיוצאו מסרטי המצלמות בשער שכם, עלה כי הדר חיסלה את אחד המחבלים רגע לפני שהוא הצליח לרצוח את חברתה, ורק אחרי שחיסלה את המחבל התמוטטה ואיבדה את הכרתה. הפיגוע הרצחני אירע בשעות הצהריים, כשצוות של לוחמי משמר הגבול, שהיה מורכב ממפקד הכח בליווי שתי לוחמות שהיו בעיצומו של תהליך ההכשרה, הבחינו בשלושה צעירים בשער שכם שעוררו את חשדם. הצוות ניגש אל החשודים על מנת לבדוק אותם, כשלפתע שלפו המחבלים נשק אוטומטי וסכינים והחלו לבצע ירי ולדקור את הלוחמות. מפקד הכח וכוחות נוספים שהיו בזירה ביצעו ירי ונטרלו את המחבלים ומותם נקבע במקום.
תוצאות הפיגוע בשער שכם היו קשות ומכאיבות, ומתחקור ראשוני בזירה עלה כי המחבלים נשאו על גופם גם מספר מטעני צינור ותכננו לבצע במקום פיגוע גדול בהרבה, שנמנע לבסוף בזכות החתירה למגע התגובה המקצועית של הלוחמים. על גופם של המחבלים נתפסו רובים מסוג קרל גוסטב, סכינים ומטעני נפץ שנוטרלו באופן מבוקר על ידי כוח חבלה מקצועי. שני מטעני חבלה שהיו על גופם של המחבלים פוצצו בזירה ובתוך כך נשללה הימצאותם של מטענים נוספים. על פי פרסומים של הפלסטינים, שלושת המחבלים שביצעו את הפיגוע הם אחמד אבו אל-רוב, אחמד זכארנה ומוחמד כמיל. שלושתם בני 20, תושבי העיירה קבאטיה ליד ג'נין.
התרעות פיקוד העורף