בזמן שבבית החולים רמב"ם בחיפה מטפלים בנהג אוטובוס החיילים שנפצע קשה בפיגוע הירי החריג בבקעת הירדן, בשטח נמשך המצוד אחרי החבר השלישי בחוליית המחבלים, לאחר ששניים כבר נתפסו. הכוחות נערכים להמשך החיפושים והסריקות בלילה, בדגש על פעילות בכפרים שבבקעת הירדן. כוחות משולבים של צה"ל ושב"כ נערכים לפשיטות ומעצרים בכפרים הסמוכים ולהמשך חקירת האירוע. המחבלים הם תושבי ג'נין ולאחד מהם גם תעודת זהות כחולה.
גורם צבאי בכיר ציין כי לאחר שרכב המחבלים עלה באש, שניים מהם קפצו ממנו - ואילו השלישי המשיך בנהיגה ויצא ממנו במרחק של 200 מטר מהם. "הלוחמים לא ידעו בתחילה על המחבל השלישי ורק אז הבינו", אמר. הוא אמר כי "אירוע כזה של ירי מרכב חולף הוא אירוע חריג שלא ידענו אותו כבר הרבה זמן, ובוודאי לא בבקעה. אנחנו בתקופה מאוד מורכבת פה והיא עוד לא הסתיימה".
לדבריו, "משומר החומות רמת האלימות גבוהה יחסית. בשנה האחרונה היו המון סיכולים, וזו עובדה שהשטח מבעבע". עם זאת הבהיר: "אני לא רואה סיבה לעשות משהו רחב היקף בכל יהודה ושומרון בהקשר הזה". פרט לנהג האוטובוס שמצבו מוגדר קשה ולחייל שמצבו מוגדר בינוני, נפצעו עוד חמישה חיילים באורח קל. שניים מהם כבר שוחררו מבית החולים העמק בעפולה, לשם הועברו. כך אירע הפיגוע, דקה אחר דקה:


12:30: הטנדר ובו המחבלים אורב לאוטובוס בצומת חמרה, ופונה ימינה אחריו. בתיעוד הוא נראה נוסע מיד אחרי אוטובוס החיילים בכביש 578, ליד היישוב בקעות.
12:35: הרכב עוקף בפראות את האוטובוס, ואז המחבלים משליכים לעברו בקבוק תבערה ומתיזים באמצעות משאבה חשמלית חומר דליק, ככל הנראה כנראה בנזין. "ראיתי שמהחלק הפתוח של הטנדר, שהיה מכוסה בפלסטיק, יצא צינור שהתחיל להשפריץ בנזין לעבר האוטובוס. הבנזין הגיע גם לרכב שלי", סיפרה עדת הראייה אפרת.
12:36: המחבלים חוסמים את האוטובוס ופותחים באש לעברו. אפרת מתארת: "ראיתי שאחד המחבלים מחזיק כנראה בקבוק תבערה, ובאותו רגע שמעתי בום. מיד לאחר מכן שמעתי יריות. ברחתי ונסעתי הכי מהר שאני יכולה. המחבלים ניסו ממש להבעיר את האוטובוס".


12:37: הנהג מוריד את האוטובוס לשוליים, והלוחמים שבו משיבים אש לעבר המחבלים. אל"מ מאיר בידרמן, מפקד חטיבת הבקעה והעמקים, אמר כי הירי "צמצם את הסכנה ליושבי האוטובוס והבריח את המחבלים". בעלי חברת ההסעות שיבח את הנהג בן ה-61, שנפצע קשה, ואמר כי הוא פעל באופן הירואי.
12:39: המחבלים נמלטים, אבל רכבם מתחיל לבעור וכ-3 ק"מ ממקום הפיגוע שניים מהם קופצים מהטנדר. המחבל השלישי קופץ מעט לאחר מכן.
12:50: רכב משטרה וסיור של הצבא מזהים טנדר שעולה באש, בעקבות דיווחים של תושבים. מיד לאחר מכן כוחות הביטחון, ביחד עם רבש"צים, מזהים שני חשודים כשכוויות על גופם. הם נשכבים על הרצפה, והכוחות עוצרים אותם. הם מאתרים גם שני נשקי M-16 ששימשו אותם. כוח רפואה של חטמ"ר הבקעה, שטיפל בנהג ובחיילים שנפצעו, טיפל גם בשני המחבלים.
13:00: במבט במצלמות היישוב בקעות מבינים שיחד עם השניים שנתפסו היה מחבל שלישי, שברח לכיוון צפון. מתחילות סריקות אחריו. "אנחנו בהמשך מרדף אחרי יתר חברי החוליה. לא ננוח עד אשר נתפוס את כולם", אמר על כך אל"מ בידרמן.