את מסע הטרור החל עודאי תמימי לפני שבוע וחצי, במוצאי שבת בשעה 21:00, כשהגיע - באמצעות טרמפ - למחסום מחנה הפליטים שועפט.
עודאי הספיק לרדת מהרכב ולירות שמונה כדורים בלוחמים בזמן שהיו בחילופי משמרות. הירי שלו במחסום נבלם בנס בשל מעצור בנשק. המחבל הצליח להימלט מהזירה ללא פגע.
נהג הרכב שאיתו הגיע נמלט מהזירה, והמחבל הצליח לחזור רגלית לתוך מחנה הפליטים שועפט, מותה של החיילת נועה לזר נקבע בבית החולים הדסה הר הצופים והמאבטח דוד מורל אושפז במצב קשה לאחר שנפגע מירי בראשו.
לאחר הפיגוע פתחו במערכת הביטחון בסריקות נרחבות אחרי המחבל, החיפושים התנהלו ללא קצה חוט, רק אם ידיעה שהוא שנמלט ברגל למחנה הפליטים שועפט ברגל ושם הוא נמצא
אמו, אביו ואחיו של המחבל נעצרו במהלך המצוד, ונהג הרכב שהסיע את המחבל הסגיר עצמו לידי המשטרה. יממה לאחר הפיגוע המחסום שבו בוצע הפיגוע נסגר לתנועת כלי רכב, מה שגרם להלטת סגר על מחנה הפליטים שועפט כשבמקום התבצעו סריקות אחר המחבל. בסריקות השתתפו יחידות מיוחדות של המשטרה, צהל ושב"כ.
הסריקות התמקדו גם בכפר ענאתא הסמוך לשועפט. החשש המרכזי היה שתמימי יימלט לשטחי הרשות בג’נין או שכם, שם יהפוך לגיבור ויקשה על מעצרו. חשש נוסף היה שהוא ינסה לבצע פיגוע נוסף.
ארבעה ימים לאחר הפיגוע, הפלסטינים הכריזו על יממה של שביתה כללית בעקבות הסגר על מחנה הפליטים שועפט, מה שהוביל ליממה של עימותים בכל מזרח ירושלים. בין היתר, משפחה חרדית שעברה בבית חנינה עברה נסיון לינץ ובשיח ג'ארח פרצו עימותים אלימים בין יהודים לערבים.
שבוע לאחר הפיגוע צעירים במחנה הפליטים שועפט ניסו להקשות על כוחות הביטחון לתפוס את המחבל וגילחו את ראשיהם בדומה לתספורת של תמימי
אמש (רביעי), בשעות הערב, המחבל זוהה על ידי עד ראיה יורד מכיוון מחסום א-זעים בשולי הכביש כשהוא מדבר בטלפון. המחבל הגיע ליד כיכר הכניסה הראשית למעלה אדומים, שלף אקדח והחל לבצע ירי לעבר המאבטחים במחסום.
שלושת המאבטחים השיבו לעברו באש ולאחר חילופוי אש המחבל עודאי תמימי נפגע וחוסל. מאבטח במחסום נפגע באורח קל בלבד.