14:30, החניה של קניון הרים בצומת גוש עציון. שני מחבלים, שלהערכת גורמי הביטחון הכירו את המתחם וידעו שיהיה עמוס בשעה הזאת, הגיעו למקום ברכב גנוב בצבע כחול ובעל לוחית זיהוי צהובה. הם המתינו ברכב, ואז יצאו וירו לכיוון צעיר שהיה שם. בשלב זה הסתערו עליהם כמה אזרחים חמושים וחיסלו אותם בקרב יריות.
הצעיר, שליו זבולוני (22) מקריית ארבע, נפצע תחילה באורח אנוש אך לאחר בדיקות רפואיות נאלצו צוותי מד"א לקבוע את מותו. הוא עבד כמאבטח ביישוב אפרת, ואחד האזרחים שהסתערו על המחבלים העיד כי אקדחו האישי של זבולוני לא היה בנרתיק, ולדבריו, ככל הנראה המחבלים לקחו לו את האקדח – וירו בו מטווח קצר.
ג', אחד מהאזרחים, סיפר כי "הייתי בסופר ושמעתי ירי מבחוץ. מישהו רץ פנימה וצעק 'מחבל', יצאתי מהר החוצה וזיהיתי את המחבלים מסתתרים מאחורי טנדר. צימצמנו טווח לכיוון המחבלים וניטרלנו אותם. היה המון אדרנלין, היו המון יריות וצעקות של אנשים בזירה. המחבלים היו עם סכינים ונשק. צריך לדעת לחתור למגע". המנטרל השני, יעקב, שעובד בחנות תשמישי קדושה בקניון, הוסיף כי ברגע ששמע יריות רץ לכיוון החניה: "ירדתי למטה וראיתי את השומר של הקניון, אנטולי, מבצע לחימה. הוא הגן על אנשים בגופו וירה כ-20 כדורים לכיוון המחבלים. אחרי דקה של יריות מכל כיוון האירוע הסתיים".
שעות לאחר מכן התברר כי המחבלים, מחמוד עאבד (23) מחלחול ומאלכ סאלם (23) מטול-כרם, היו קצינים במשטרה של הרשות הפלסטינית. סאלם אף עבר הכשרה בת שלושה חודשים במכללה הצבאית בקטאר. צה"ל מחזיק בגופותיהם, ולאחר הפיגוע כיתרו כוחות את הכפר חלחול וחסמו את הכניסות לחברון ובית לחם. גורמי ביטחון ישראליים אמרו אמש כי "המנגנונים הפלסטיניים עידכנו אותנו על העלאת דריכות דרמטית שלהם בכלל הגזרות, וזאת על מנת לבדוק אם יש בשורותיהם סוררים נוספים, ולמנוע פיגועי השראה דומים בימים הקרובים".
אילן, ששהה בתוך הקניון במהלך חילופי האש, סיפר כי ראה את המחבלים עומדים סמוך לטנדר עם אקדחים שלופים. "הם הצליחו לפגוע בבחור שהיה בחניה, ומיד אחר כך שני אזרחים הצליחו לנטרל אותם. היה ממש כאוס, היו יריות מכל הכיוונים. המחבלים היו חמושים באקדחים ובסכינים. ביום חמישי הקניון הומה אדם, כולם עושים קניות לכבוד שבת", אמר והוסיף כי האזור בדרך כלל שקט ומאובטח על ידי כוחות צה"ל וחברת אבטחה: "רכבים פלסטיניים לא נכנסים לפה, אזרחים נבדקים אחד-אחד בכניסה. לא יודע איך הם הצליחו להיכנס. אנחנו נמצאים באזור של מתיחות גבוהה, אז 95 אחוזים מהאזרחים פה מחזיקים נשק".
המועצה האזורית גוש עציון שלחה תנחומים למשפחתו של זבולוני: "אנו משתתפים בצערה הכבד של משפחתו ומחבקים את אביו שי, עובד המועצה, בשעתו הקשה. המועצה תמשיך ללוות את המשפחה ולסייע לה בכל שיידרש". ראש המועצה, ירון רוזנטל, אמר כי "גוש עציון הוקם לפני 98 שנים בצומת הגוש, עשרות מטרים מהמקום שבו התרחש הפיגוע, ומאז אנו נאבקים מול אויב אכזר על אחיזתנו בצומת בפרט ובגוש עציון בכלל, וכך נמשיך לעשות גם בעתיד. נעשה הכול כדי לחזק את אחיזתנו ואת הביטחון בצומת הגוש שהוא הלב הפועם של הגוש".
לאחר הפיגוע שוחח ראש הממשלה בנימין נתניהו עם רוזנטל, וביקש "לחזק את ראש המועצה והתושבים". מלשכת נתניהו נמסר כי הוא "מוסר תנחומים בשמו ובשם רעייתו למשפחתו של הנרצח בפיגוע הירי האכזרי, וכן החלמה מהירה לפצועים. ראש הממשלה שיבח את האזרחים ואת כוחות הביטחון שפעלו בתושייה רבה וחיסלו את המחבלים הנתעבים, ואמר כי לא נאפשר לטרור ביהודה ושומרון להרים את הראש".
