המחבל שביצע את פיגוע הירי סמוך לתקוע הבוקר (ראשון) נתפס אחרי מצוד שנמשך שעות. לאחר הפיגוע, בו נפצעו שלושה, נמלט המחבל לבית לחם ושם הסתתר במסגד. כוח מיוחד של לוחמי דובדבן, בשיתוף צוות מהיחידה המבצעית של השב"כ, הצליחו לתפוס את המחבל ולעצור שני חשודים נוספים.
מיד לאחר הפיגוע פתחו כוחות הביטחון במרדף אחר המחבל שנמלט בנסיעה. הצבא השתמש במצלמות שפרוסות לאורך הכביש וחיילי 8200 ואנשי השב"כ הצליחו להביא מידע מודיעיני לפיו המחבל נמלט לבית לחם.
במהלך המרדף הבינו בשב"כ כי המחבל נטש את רכבו ונמלט רגלית לתוך מסגד, ככל הנראה מתוך מחשבה כי הכוחות לא ייכנסו למקום הקדוש ויעצרו אותו שם. כשאותו מידע התקבל החלו כוחות הביטחון להיערך לכניסה אל העיר.
כוח מיוחד של לוחמי דובדבן, יחד עם צוות מיחידה מבצעית של השב"כ, כיתרו את המסגד והמחבל החליט להסגיר את עצמו. במהלך הפעילות נעצרו שני חשודים נוספים והוחרמו כלי נשק. באזור התקיימו מספר הפרות סדר, והלוחמים הגיבו באמצעים לפיזור הפגנות. לפי מקורות פלסטיניים, המחבל שביצע את הפיגוע הוא עמאר א-נג'אר, פעיל חמאס ואסיר משוחרר, בן 26 מחברון.
בפיגוע הירי שבוצע הבוקר סמוך לתקוע נפצעו שלושה – אלראי קאפח, תושב נוקדים, ושתי בנותיו רחל ואביגיל. אלראי פונה לבית החולים באורח קשה, ולאחר ניתוח חל שיפור במצבו. בנותיו נפגעו מרסיסים ומצבן מוגדר קל.