על פי החשד, סאמי עומר סאמי הרימי, בן 20 שעבד עד לפני מספר חודשים באופן לא חוקי במסעדת אבולעפיה ביפו, הוא שביצע את הפיגוע.
מהחקירה עלה כי סאמי עלה על רכבו של בדואי, אזרח ישראלי, מסיע שב"חים שהסיע אותו לבקשתו לאזור יפו. לאחר שהתפלל במסגד ביפו, עלה סאמי על אוטובוס "דן", קו 240, הניח את המטען במרכז האוטובוס, ירד בתחנה וכעבור מספר דקות, התקשר לסלולר שהיה צמוד למטען והפעילו.
סאמי, שנעצר בבית לחם כבר ארבעה ימים לאחר הפיגוע, הודה בחקירתו במיוחס לו ומסר את גרסתו. לדבריו, החולייה תכננה לבצע פיגוע גדול נוסף באזור יפו-תל אביב תוך מספר ימים. עצור נוסף בפרשה, חמדי מחמד שחאדה תעמרי, בן 21, הסגיר חומרי נפץ במשקל של כ-20 ק"ג שהוסתרו סמוך לביתו.
ביום ראשון לפני כשבועיים, בסמוך לשעה 14:30 אירע פיצוץ של מטען חבלה באוטובוס דן קו 240 שיצא מבני ברק לכיוון בת ים.
כאשר הגיע האוטובוס בין הרחובות מבצע סיני וכצנלסון בעיר בת-ים, במהלך הנסיעה הבחין אחד הנוסעים בתיק שעורר את חשדו, הנוסע פנה מיד לנהג ובמקביל הזמין ניידת משטרה. חלפו רק ארבע דקות עד שהשוטרים הראשונים הגיעו למקום ויחד עם נהג האוטובוס שהוריד את האזרחים הם פעלו להרחקתם של הנוסעים מהזירה.
תוך כדי הרחקת הנוסעים נשמע פיצוץ עז שהרעיד את הרחובות וניפץ את זכוכיות האוטובוס. אחד השוטרים נפצע בפיגוע באורח קל.