צה"ל פעל גם הבוקר (יום ראשון) בכפר קראוות בני חסן, שבו התגוררו שני המחבלים שרצחו מאבטח בכניסה לאריאל, וביצע מעצרים גם בכפרים נוספים. חרף המצוד המוצלח אחר המחבלים, שנלכדו תוך פחות מ-24 שעות ולמעשה שב"כ ידע על זהותם מיד אחרי הפיגוע, עדיין ישנן שאלות על אופי מערך האבטחה סביב הכניסה לאריאל.
במרץ 2019 התרחש פיגוע ירי ודקירה בצומת אריאל, שבו מחבל פלסטיני דקר למוות את לוחם צה"ל סמ"ר גל קיידאן, לקח את נשקו, ירה באזרחים ורצח את הרב אחיעד אטינגר. בעקבות הפיגוע הזה הוחלט לשנות טקטית את התפיסה המרחבית בצומת, ובין היתר הוצבו עמדה ותצפיות מעליה - שתפקידם לאבטח את המאבטחים ולספק תגובה מהירה וראייה רחבה יותר מהם. אותו שינוי טקטי מנע פיגוע דקירה קטלני כשנה וחצי לאחר מכן.
השינוי הטקטי משמעותי הזה לא הגיע לעמדת האבטחה בכניסה לאריאל, שם מבקשים כבר שנים לשפר את עמדת האבטחה שבכניסה לעיר ולחזק אותה. למעשה, בעמדה שבכניסה לעיר, היכן שנרצח המאבטח, לא קיימת עמדה חיצונית שמספקת למאבטח תמונה רחבה יותר. כמה שעות לאחר הפיגוע הציבו כוחות הביטחון שלוש בטונדות במקום והקימו מעין עמדת תצפית גבוהה שיכולה לתת מענה אבטחתי למאבטחים, אלא שגם הבוקר העמדה הזו אינה מאוישת. נציין כי התקנים של המאבטחים בכניסה לאריאל מאוישים על-ידי חברת מודיעין אזרחי, ולכן כל תקן צריך לעבור אישורים ותקציבים.
בנוסף, וכפי שנחשף ב-ynet, משפחה שנסעה שבוע לפני הפיגוע בכביש 5 לכיוון אריאל זיהתה את רכב המחבלים נוסע במהירות נגד כיוון התנועה ודיווחה עליו למשטרה. כעת מתברר כי המשטרה ניסתה ללכוד את הרכב בעקבות הדיווח - אך לא הצליחה בכך. תחילה, שוטר בניידת שנסע בכביש זיהה את הרכב החשוד חולף על פניו בדרכו לכיוון אריאל, והוא דיווח על כך לעמיתיו - שניסו ללכוד אותו בצומת גיתי אבישר, בין אורנית לאריאל. הם התכוונו להציב מחסום במקום, אך הרכב פנה שמאלה בצומת לכיוון הכפרים הפלסטיניים והצליח להימלט לפני שנתפס.
ממשטרת ישראל נמסר: "מיד עם קבלת הדיווח אודות רכב שנוסע כנגד כיוון התנועה, הגיעה ניידת למקום. הרכב נצפה נמלט לשטחי הרשות הפלסטינית. נציין כי לא היה כל מידע המעלה חשד לפעילות חבלנית מלבד העובדה כי הרכב ביצע עבירת תנועה".
שני המחבלים שרצחו את גולב, יחיא מרעי (19) ויוסף עאסי (20), הכירו היטב את הכניסה לאריאל. שלשום, זמן קצר לפני הפיגוע, הם התקרבו עם מכוניתם לאזור ועצרו בנקודה גבוהה סמוכה – כדי לתצפת על עמדת הכניסה המאובטחת לעיר. הם זיהו אותה מראש כנקודת תורפה, בעיקר בשישי בלילה, אז התנועה באזור דלילה ואין אבטחה כבדה כמו בשעות היום. לאחר שהבינו כי זו עשויה להיות מטרה נוחה לתקיפה עבורם, חזרו למכוניתם והחלו בנסיעה לעבר עמדות הבוטקה שבין נתיבי הנסיעה בכביש. הם הבחינו כי בניגוד לשגרה, אף מאבטח לא נראה מחוץ לעמדות הבוטקה כדי לאבטח את הנקודה. בדרך כלל המאבטחים נמצאים בעמדות השונות שסמוכות זו לזו, אך הפעם שניהם היו בעמדה אחת.
המחבלים פתחו תחילה באש מתוך המכונית ופגעו במאבטח, אך זיהו תוך שניות כי ישנה תזוזה וחששו כי מאחוריו מסתתר מאבטח נוסף שיירה לעברם בעת מנוסתם. זו הסיבה שאחד מהם יצא מהמכונית ופתח באש נוספת לתוך המבנה הקטן, בזמן שגולב, במאמציו האחרונים, הגן על בת זוגו ויקטוריה ומנע בכך פגיעה בה.
לאחר מכן נסעו המחבלים מרחק קצר של קילומטרים בודדים, במשך כ-20 דקות נסיעה, והגיעו אל שטח פתוח. שם הם העלו באש את מכוניתם, שהייתה עם לוחית זיהוי ישראלית – שמספרה שייך לרכב שהורד מהכביש. במערכת הביטחון עלו על זהות המחבלים תוך פחות משעתיים ממועד הפיגוע. אלו בחרו להמשיך במסלול הבריחה שלהם למסתור בבתיהם, בכפר קראוות בני-חסן במחוז סלפית שליד אריאל, והגיעו אליהם בשעת בוקר מוקדמת.
הבתים היו תחת מעקב לאורך היום, ואתמול אחר הצהריים הגיעו לוחמי הימ"מ ופשטו במקביל על שני הבתים בכפר: תחילה באש לעבר קירות המבנים, ורגעים בודדים לאחר מכן יצאו שני המחבלים בידיים מורמות לעבר הלוחמים. בחלוף דקות, הם הצביעו גם על רובי הקרל גוסטב המאולתרים שלהם, שנחשבים לנפוצים ביהודה ושומרון וקלים להשגה.