במהלך פעולות צה"ל הלילה בבית רימא נעצרו שלושה מחברי החוליה שרצחו את השר זאבי ז"ל, חברי תנועת החזית העממית. בנוסף להם נעצרו עוד חשודים בסיוע לרצח.
מחקירת שני חברי החוליה, סאלח עלאווי, תושב עזריה, ומוחמד רימאווי מבית רימא, מתברר כי שבועיים לפני הרצח גייס חמדי קורעאן את השניים לחזית העממית ומסר להם כי מטרתם להתנקש באישיות ישראלית חשובה. לצורך הפעולה שכרה החוליה רכב מסחרי אשר אמור היה לשמש כרכב מילוט לאחר ביצוע הרצח. בנוסף הם הצטיידו בתתי מקלע, ואקדחים עם משתיקי קול.
אחד העצורים, מחמד פהודי, אמור היה להמתין לחוליה מחוץ למלון ולשמש כנהג לאחר הרצח. קורעאן, מפקד החוליה (שטרם נעצר), שכר חדר בבית המלוון הייאט בירושלים, יממה לפני הרצח. לשם כך הוא השתמש בתעודת זהות מזוייפת.
זאבי הסתובב, נורה ונפל מדמם על הרצפה
לקראת יום הרצח, נאמר לפהודי להמתין בנקודה אשר נקבעה מראש, סמוך למלון על מנת למלט את חברי החולייה לאחר הרצח בחזרה לרמאללה. חמדי סיפר לאחר הרצח כי הוא היה זה שירה את היריות הקטלניות בזאבי, אולם גרסה זו טרם הוכחה.
עוד סיפר חמדי כי הבחין בשעות הבוקר בשר זאבי, כשהוא סועד ארוחת בוקר. בזמן הזה עלו שני חברי החוליה הנוספים לקומה בה התגורר השר והמתינו מעבר לדלת חדר המדרגות הסמוכה.
חמדי ציין כי דקות לאחר מכן, הגיע זאבי ז"ל לעבר דלת החדר בו התגורר. בעת שניסה לפתוח את הדלת התקרב חמדי לעברו וקרא לו. השר הפנה מבטו לעבר חמדי וזה ירה בו ממרחק קצר באקדח שעליו משתיק קול. הוא ציין כי הבחין בזאבי כשהוא נופל לרצפה ומדמם.
לאחר הירי הם נמלטו לביתו של סאלח עלאווי ומשם נמלטו לשטחי הרשות הפלסטינית. אחד מהם נעצר במזרח ירושלים כבר באותו היום, לאחר מרדף שניהלו אחריו כוחות הביטחון.
במהלך החיפוש אחר חברי החוליה נמצאו תתי מקלע, משתיקי קול ואקדח. בבדיקה שנערכה התברר כי לא מדובר באקדח הרצח, אלא בכלי נשק אחר אשר שימוש לביצוע פיגועיים קלטניים בסוף שנות ה-80'. אקדח הרצח, כמו גם שני חברי החוליה האחרים, טרם נתפסו.