השוטרים הפלסטינים פתחו באש ונהרגו, המחבלים שהיו היעד התכוונו לבצע פיגוע ירי נוסף: מתחקיר ראשוני שנערך במערכת הביטחון עולה כי התנהל מצוד מודיעיני במשך כמה שבועות אחר שני המחבלים שהיו היעד לפעולת הימ"מ בג'נין. זאת, לאחר שהתגלה כי הם גם תכננו כמה פיגועי ירי לתקופה הקרובה - לאחר שכבר ביצעו פיגועי ירי בחודשים האחרונים.
המחבלים התנהלו כמבוקשים בתקופה זו וסמוך ל-1:30 כוח ימ"מ כיתר את סביבתם כאשר שניהם היו בתוך מכונית. אחד מהם יצא מהרכב וניסה לברוח, והשני ניסה להימלט עם הרכב. המחבל שברח רגלית נורה ונפגע, וגם חברו נורה ונפצע לאחר שהחל לנסוע עם מכוניתו.
אחד מהם - פעיל הג'יהאד האיסלאמי ג'מיל אל-עאמורי - מת במקום. חברו ויסאם אבו זיד, גם הוא מהג'יהאד האיסלאמי - נפצע ונלקח על ידי הכוח. ברכב, שנתפס על ידי צה"ל, התגלה ציוד צבאי רב ובו אפודי וסט, תחמושת רבה וכלי נשק.
שני המבוקשים הסתתרו ליד מבנה השייך למודיעין הצבאי הפלסטיני, אחד מגופי המנגנונים הפלסטינים. בשל העובדה שכוח הימ"מ היה מסוערב, צה"ל לא עדכן מראש את המנגנונים על הכניסה. לפיכך ליד המבנה היו כוחות אבטחה פלסטינים, כפי שקורה בשגרה סביב מבנה ביטחוני.
מהתחקיר של צה"ל עלה שכאשר הכוח נערך לעזיבת המקום נפתחה אש נרחבת, לסביבה ובמדויק לעבר הכוח, שזיהה את מקור הירי: שלושה חמושים, שוטרים פלסטינים, שלא ידעו כנראה שמדובר בכוח ששייך לצה"ל. הכוח ירה בתגובה והרג שניים מהשוטרים הפלסטינים - אדהם עליווי (בן 23) ותייסיר עיסא (33).
מושל ג׳נין, אכרם רג׳וב אמר מנגד כי הכוחות הישראלים ירו לעבר אחד מהקצינים הפלסטינים, מה שהוביל לירי תגובה של הקצינים והתפתחות חילופי אש בין הצדדים. שני ההרוגים הם קצינים בדרגות המקבילות לסגן משנה ולסרן.
בצה"ל גיבו ושיבחו את תפקוד הלוחמים בשתי ההיתקלויות מול אירוע מורכב במהלך מבצע חשאי, והעריכו כי מדובר בסיכול מובהק של פיגוע ירי שהיה עלול להתרחש בימים הקרובים.
באחד הסרטונים שהופצו בג'נין נראה הצלם צועק שמדובר בכוח מיוחד ישראלי, וצועק למי שמסביבו שייזהר - אך ככל הנראה השוטרים הפלסטינים בכל זאת המשיכו לירות. שני המבוקשים שאחד מהם חוסל והשני נפצע היו ברכב, שככל הנראה בעזרתו ניסו להימלט. הרכב נפגע, וצה"ל גרר אותו מהמקום בתום הפעילות.