שעות לאחר פיגוע הירי שבוצע לעבר אוטובוס טירונים שנסע בבקעת הירדן – כוחות הביטחון עדיין סורקים אחר המחבל השלישי נמלט מהמקום. לוחמי צה"ל ושוטרים שהוזעקו לזירה זמן קצר לאחר הפיגוע תפסו שניים מהמחבלים עם כוויות על גופם אחרי שרכבם התלקח כתוצאה מבקבוק תבערה שאותו התכוונו להשליך לעבר האוטובוס. ברשותם אותרו אמצעי לחימה, והם קשרו את עצמם לפיגוע והועברו לחקירת השב"כ. אחד המחבלים בחולייה הוא אזרח ישראלי מהיישוב ג'דיידה-מכר שממזרח לעכו שהתגורר בתקופה האחרונה בשטחים.
השוטר אריק נחום שחזר: "אחרי כמה דקות של סריקות אנחנו מזהים שני חשודים שנמצאים ליד עוקב מים. אנחנו מתקרבים אליהם וכורזים להם בערבית להגיע אלינו. הם מתקרבים אלינו ואנחנו מבינים שהם שרופים, חרוכים לגמרי. אנחנו משכיבים אותם על הרצפה ומבצעים נוהל מעצר חשוד, תחקור ראשוני - האם הם קשורים לרכב, האם הם ירו והאם הם ביצעו את הפיגוע. הם מודים באירוע, אומרים שהם קשורים לזה".
השוטר רמי לוי הוסיף: "אנחנו מקבלים דיווח על ירי שמתבצע לעבר אוטובוס סמוך למחסום בקעות. בשלב זה אנחנו מקפיצים כוחות לזירה ובהגעה לזירה אנחנו מבחינים באוטובוס שנפגע כתוצאה מירי. במקום יש מספר פצועים בדרגות שונות. אנחנו מתחילים לנהל את הזירה בהקשר של חסימות צירים, טיפול בזירה עצמה וטיפול בנפגעים".
במערכת הביטחון עוקבים בדאגה אחר התגברות הטרור בתקופה האחרונה, כולל שימוש נרחב יחסית בנשק חם. בחודש האחרון התבצעו בגדה 11 פיגועי ירי ודקירה, כאשר מתחילת השנה סוכלו 200 פיגועי ירי. צפון הגדה – ובעיקר הערים ג'נין ושכם וסביבותיהן - בתקופה רותחת.
בעקבות הפיגוע בבקעה, במשטרת ישראל הוחלט להעלות את הכוננות בכל רחבי הארץ. כוחות משטרה רבים ייפרסו לפעילות ביטחון שוטף במקומות רגישים והומי קהל. כוחות צה"ל ומשטרה תפסו שני חשודים בביצוע הפיגוע בתוך רכבם, שעלה באש כתוצאה מהתלקחות של בקבוק תבערה שאותו התכוונו להשליך לעבר האוטובוס. ברשותם אותרו אמצעי לחימה, והם נתפסו וקשרו את עצמם לאירוע.
כוחות הביטחון ממשיכים בסריקות במרחב אחר חשוד נוסף: מאהר אל-סעיד, בן 50 תושב הכפר ג'יפטליק שבבקעה.
בחמאס ובג'יהאד האיסלאמי בירכו על הפיגוע, ומגדודי אל-אקצא נמסר כי "המבצע הזה הוא חלק מהתגובה לפשעים של האויב בגדה המערבית, בעזה ובירושלים הכבושה". עוד הוסיפו בזרוע הצבאית של חמאס כי "אנחנו קוראים לכל הלוחמים בגדה להרחיב את התגובה בתקיפת מתנחלים בכל האמצעים העומדים לרשותם".
מתחקור ראשוני של האירוע עולה כי הטנדר שבו נסעו המחבלים נסע מאחורי האוטובוס, עקף אותו - ואז החמושים ביצעו את הירי. הנהג שנפגע מהירי עצר בצד הדרך, ויושבי הטנדר שפכו דלק וניסו לשרוף את האוטובוס. לפי הממצאים בזירה, המחבלים ירו יותר מ-20 קליעים לעבר האוטובוס, ומיקדו את הירי לעבר השמשה הקדמית.
לאחר הירי וניסיון הצתת האוטובוס, המחבלים הדליקו בקבוק תבערה שהתלקח בתוך הרכב לפני שהצליחו לזרוק אותו לעברו. כתוצאה מהתלקחות בקבוק התבערה, פרצה שרפה בתוך רכבם והם נאלצו לנטוש - כך אותרו ונעצרו.