הותר לפרסום כי לאחר מאמץ מודיעיני ומבצעי אותרו רוצחי איתם ונעמה הנקין הי"ד.
מהשב"כ נמסר כי מעצרם של חברי החוליה, כיממה לאחר ביצוע הפיגוע, התאפשר בזכות פעילות מודיעינית ומבצעית משותפת לשב"כ, צה"ל ומשטרת ישראל.
העצורים הועברו לחקירת השב"כ והודו במעורבותם בפיגוע המזעזע. במסגרת החקירות בשב"כ עד כה עולה כי החוליה אשר משתייכת לתנועת החמאס בשכם מנתה 5 מחבלים אשר לכל אחד מהם תפקיד מוגדר - פעיל אחד פתח ציר, ברכב המפגעים נסעו 3 מחבלים - נהג ושני מפגעים וכן מפקד חולייה שלא היה ברכב. כמו כן נעצרו מספר חשודים נוספים כסייענים של החוליה.
מפקד החוליה:
ראע'ב אחמד מוחמד עליוי, בן 37 בעברו כלוא חמאס צבאי משכם, גייס את החוליה, הנחה אותם לממש פיגועים וסיפק להם את הנשקים.
חברי החוליה:
יחיא מוחמד נאיף עבדאללה חג' חמד, בן 24, תושב שכם, מחבל חמאס - ביצע את הירי בפיגוע זה וכן בפיגועים הנוספים.
סמיר זהיר אבראהים כוסא, בן 33, תושב שכם, מחבל חמאס, השתתף בשלושת הפיגועים, שימש כנהג.
כרם לוטפי פתחי רזק, בן 23, תושב שכם, מחבל חמאס - יצא לפיגוע חמוש באקדח, ביצע בו ירי במהלך הפיגוע ותוך כדי נפגע בשוגג מירי חברו במהלך ביצוע הפיגוע.
זיד זיאד ג'מיל עאמר, בן 31, תושב שכם, מחבל חמאס - ביצע פתיחת ציר לחוליה לטובת הפיגוע.
חברי החוליה מסרו בחקירתם כי בערב ביצעו שניים מחברי החוליה נסיעה בציר בו מומש הפיגוע ובחרו את הנקודה שבה יבצעו את הירי. לאחר מכן אספו את יתר חברי החוליה, כאשר אחד מהם יצא לבצע פתיחת ציר.
עם קבלת האישור לכך שהציר 'נקי', יצאה חוליית הירי לנסיעה, זיהתה את רכבם של משפחת הנקין וביצעה לעברם ירי.
לאחר עצירת הרכב, שני חברי החוליה ירדו מרכבם וביצעו ירי נוסף, מטווח קרוב מאוד, לעבר יושבי הרכב.
תוך כדי ירי זה נורה בטעות אחד המחבלים בידו על ידי חברו, ואקדח שהיה ברשותו נפל ונותר בשטח. אקדח זה נתפס על ידי כוחותינו. לאחר ביצוע הפיגוע נמלטו מהמקום אל העיר שכם.
בנוסף מסרו חברי החוליה כי היו מעורבים בשבועות האחרונים בשני פיגועי ירי ללא נפגעים – בפיגוע לעבר רכב ישראלי בסמוך לכניסה לקדומים (ליד צומת ג'ית שבשומרון) באמצע חודש אוגוסט נפגע רכבו של רונן אדרי, תושב שבי שומרון, ממספר קליעים. פיגוע נוסף בוצע אף הוא באזור.