המחבלים שביצעו את הפיגוע בבקעת הירדן הם בני משפחה - כך נודע הערב (ראשון) לוואלה. כוחות הביטחון מנהלים מצוד אחר האב, תושב השטחים. בנו בעל תעודת זהות כחולה, ואחיינו הפלסטיני נעצרו. אמו של אחד המפגעים מתגוררת ביישוב ג'דיידה-מכר שליד עכו. הרכב שבו נסעו היה בעל לוחיות זיהוי ישראליות. על פי גורם ביטחוני, האוטובוס שנורה לא היה ממוגן, שכן להבדיל מהאוטובוסים הישראלים בשטחי הגדה המערבית, אלו שעוברים בבקעה אינם ממוגנים, שכן הגזרה נחשבת לשקטה יחסית.
לפי הערכות בצה"ל, המחבל השלישי, חמוש ולא נשללת האפשרות שינסה לבצע פיגוע נוסף. לצורכי המצוד צה"ל מפעיל יחידות מיוחדות, בהן יחידת דובדבן, שב"כ ויחידת מרעול, המתמחה בניתוח קרקע והערכת נתיבי בריחה ומסתור של מבוקשים.
על פי הגורם, המחבלים עקבו עם רכבם אחר האוטובוס שהסיע חיילים. "לא ידוע אם הם ידעו שהם יורים באוטובוס של חיילים או אזרחים", אמר. לדבריו, המחבלים השליכו בקבוק תבערה לעבר האוטובוס תוך כדי עקיפה, ואז ירו לחזית האוטובוס. לאחר מכן הסיט אחד הקצינים את האוטובוס לשולי הדרך עד שנעצר. שני חיילים ירו לעבר רכבם של המחבלים, והם נמלטו מהמקום. לאחר שרכבם החל לבעור, הם נטשו אותו ונתפסו על ידי הכוחות שהוזעקו, כשהם אינם חמושים וסובלים מכוויות.
לדברי הגורם הצבאי הבכיר בפיקוד המרכז, הפיגוע היום הוא חריג באופיו, ובמיקום שבו התבצע. "אנחנו בתקופה מאוד מורכבת שעוד לא הסתיימה, בעיצומו של מבצע שובר גלים. השטח מבעבע, זו עובדה. אירוע מאתגר ביותר. על כל מודיעין שיש רצים מהר, חזק ובכל מקום. אני לא רואה משהו רחב לעשות בכל יהודה ושומרון. נבין את הפיגוע הזה, אם הוא היה מכוון, יזום או מקומי. אין לנו תשובות להכול. נדע בימים הקרובים".
כתוצאה מהירי, שהתרחש בשעות הצהריים בכביש 578 באזור בקעת הירדן נפצעו שישה חיילים, אחד מהם במצב בינוני והשאר קל. נהג האוטובוס נפצע קשה. כמה מהפצועים, בהם נהג האוטובוס, פונו במסוק לבית החולים רמב"ם שבחיפה. שלושה פצועים נוספים פונו באמבולנס לבית החולים העמק שבעפולה.