בתום מצוד נרחב שנמשך 20 שעות, צה"ל וימ"מ עצרו הערב (שבת) את שני המחבלים שרצחו את המאבטח ויאצ'סלב גולב בן ה-23 בכניסה לאריאל. השניים, שלא התנגדו למעצר, נלכדו בכפר קראוות בני-חסן במחוז סלפית שבאזור אריאל - וכלי הנשק שלהם, רובים מסוג קרל גוסטב, נתפסו עמם. אחרי המעצרים התפתחו עימותים בין כוחות הביטחון לתושבים בכפר.
מבדיקה ראשונית של כוחות הביטחון עולה כי שני המחבלים, יחיא מרעי (19) ויוסף עאסי (20), לא נשלחו על-ידי ארגון טרור כלשהו - אך אחד מהם מזוהה עם חמאס. שניהם מנועי כניסה לישראל, ואחד מהם ריצה בעבר תקופת מאסר קצרה בכלא הישראלי. הם נעצרו בבתיהם, יחד עם כמה קרובי משפחה שחשודים בסיוע להם.
משב"כ נמסר כי המעצרים התבצעו בתום פעילות מודיעינית ומבצעית מאומצת של הארגון, יחד עם צה"ל וכוחות ימ"מ. כלי הנשק שנתפסו שימשו את המחבלים בפיגוע, שירו באמצעותם עשרה קליעים לפחות. השניים הועברו להמשך חקירת שב"כ. "כוחות הביטחון ימשיכו לפעול למיצוי הדין עם המעורבים בפעילות טרור ועם כל מי שסייע להם", נמסר.
זמן קצר אחרי המעצר הודיע המפכ"ל יעקב שבתאי שמפקד הימ"מ יעלה לדרגת תת-ניצב. לדברי המפכ"ל, "הודות לפעילות מקצועית ונחושה של לוחמי הימ"מ, הצלחנו לשים את היד על המחבלים והנשקים ששימשו אותם. המעצר הערב הוא מסר נחוש שמבטא את מדיניות משטרת ישראל שפועלת בכל החזיתות ועם כל יחידותיה, לרבות היחידות המיוחדות, בכדי לסכל טרור ולעצור את כל מי שפגע או מבקש לפגוע באזרחי ישראל ואנשי כוחות הביטחון".
שר הביטחון בני גנץ הביע תנחומיו כלפי משפחת המאבטח שנרצח, שיבח את שב"כ, ימ"מ וצה"ל ואמר כי "מדינת ישראל תמיד ניצחה את הטרור, ונעשה כל מה שיידרש, בכל הגזרות, בכל זמן ובכל האמצעים, בכדי להביס אותו גם בימים האלו". ראש הממשלה נפתלי בנט מסר: "אני מבקש למסור את תנחומיי למשפחתו של המאבטח שנרצח כשהוא מגן בגופו על עמיתתו מול המחבלים, אמש באריאל. אין טרוריסט שלא נגיע אליו ונבוא איתו חשבון. המלחמה שלנו מול הטרור ארוכה. יחד ננצח".
שעות אחדות לאחר שנעצרו המחבלים, ערכו עשרות יהודים מאזור השומרון הפגנה בכניסה לכפר קראוות בני חסן, שממנו יצאו המחבלים. המפגינים נשאו שלטי מחאה בהם נכתב, בין השאר: "לא להכלת הטרור" ו"יהודים להתעורר". בעקבות ההפגנה חסם צה"ל את הכניסה לכפר. "לא ניתן לממשלה להכיל את הטרור", מסר ישי מרזל, ממארגני המחאה בשומרון. "איננו מוכנים לשבת בבית ולחכות לנרצח הבא".
המחבלים הגיעו לכניסה לאריאל ברכב מסוג סוזוקי עם לוחית זיהוי צהובה, שכנראה הייתה שייכת בעבר לרכב מסוג מאזדה שהורד מהכביש. כמה שעות אחרי הפיגוע אותר רכבם כשהוא שרוף ונטוש בשטח פתוח בין הכפרים ת'ולת וסניריא. התחקיר הראשוני שנערך באוגדת איו"ש העלה כי סמוך לשעה 23:20 הגיעו שני המחבלים לעמדה שבה שהו המאבטח ובת זוגו, החלו לירות לעברם - ואז יצאו מהרכב וירו במאבטח מטווח אפס.
המאבטח, שנורה למוות, הגן בגופו על בת זוגו שהייתה שותפתו לעמדה וספג את הקליעים שנורו. ככל הנראה, נורו לפחות עשרה קליעים על העמדה, כשהמאבטח ספג לא פחות משלושה. לאחר מכן אחד המחבלים חזר לרכב, ביצע סיבוב פרסה ואסף את המחבל השני, שחיכה לו בצד השני של הכביש.
מפקד אוגדת איו"ש, תא"ל אבי בלוט, הורה אחרי הפיגוע על תגבור הכוחות בחטיבה המרחבית אפרים החולשת על אריאל. אלוף פיקוד המרכז יהודה פוקס כינס אחרי הפיגוע הערכת מצב עם בלוט, שב"כ ומשטרה, והחליט להקפיץ לאזור את לוחמי חטיבת הקומנדו, סיירת צנחנים, יחידת עוקץ, יחידת מרעול (המתמחה באיתור בני אדם על בסיס ניתוח בשטח), בנוסף לכוחות שכבר היו בשטח, כדי לסרוק כבישים בהתאם למידע המודיעיני שהתקבל משב"כ.
שעות אחרי הפיגוע, ובעקבות הביקורת על האבטחה הדלילה בכניסה לאריאל, חוזקו עמדות האבטחה בבטונדות. ראש העיר אלי שבירו התייחס לטענות התושבים שדרשו להציב שערים חשמליים ולמגן את עמדות האבטחה בכניסה לאריאל, ואמר כי יבדוק יחד עם הצבא את השתלשלות האירועים ויפיק לקחים כדי לשפר את מערך האבטחה המקומי. "עוד לא קברנו את המאבטח שנהרג וכבר יש אנשים שיוצאים בצורה כזו", אמר שבירו ל-ynet בעקבות הטענות שהופנו כלפיו. "אני מציע לכולם להירגע, אנחנו פועלים בתיאום עם הצבא ונעשה ביחד תחקיר כדי להפיק את המסקנות".