המחבל, עלקם ח'יירי, פלסטיני בן 21 תושב שכונת א-טור, הגיע במכונית בשעה 20:13 לשכונת נווה יעקב שבירושלים, וחנה ברחוב טבנקין, בסמוך לבית הכנסת "עטרת אברהם". ח'יירי יצא ממכוניתו אל עבר הרחוב הראשי, שדרות נווה יעקב, ופתח בירי מאקדחFN אל עבר רוכב אופנוע שחלף במקום ולאחר מכן ירה בעוברים ושבים ברחוב. מהירי נרצחו שבעה אנשים. שלושה פצועים פונו לבתי החולים. בין ההרוגים נמנו בני זוג שחשו לזירת הפיגוע על מנת להגיש עזרה לנפגעים,[2][3] ואזרחית אוקראינה.
ארבע דקות לאחר תחילת הפיגוע המחבל חזר למכוניתו ונמלט. לאחר שנסע כ-800 מטרים נתקל בניידת משטרה ביציאה מהשכונה אל שכונת בית חנינא, יצא ממכוניתו וירה לעבר השוטרים שרדפו אחריו, ואלו ירו בו למוות.
הנרצחים בפיגוע: שאול חי (בן 68), אירינה קורולובה (בת 59), עובדת סיעודית אזרחית אוקראינה, רפאל בן אליהו (בן 55) שבנו בן ה-21 נפצע באורח קשה, בני הזוג אליהו מזרחי (בן 48) ונטלי זיסקין-מזרחי (בת 45), איליה סוסנסקי (בן 26), ואשר נתן מורלי (בן 14.5).
בישיבת הקבינט המדיני-ביטחוני שהתקיימה במוצאי שבת הוחלט על שלילת זכויות ביטוח לאומי ממשפחות מחבלים תומכות טרור וזירוז בהנפקת רישיונות לנשק לאזרחים מורשים,[4] ועל צעדים לחיזוק ההתיישבות ביהודה ושומרון, הואצה הקמת היישוב חנון בנגב,[5] ועל הבאת הצעה לשלילת תעודות זהות ממשפחות ממחבלים תומכות טרור בפני הממשלה. עוד הוחלט על תגבור כוחות משטרה וצבא וגם על גל מעצרים בהיקף נרחב, בתגובה על הפיגוע בנווה יעקב ופיגועים אחרים שהיו אחריו. בית המחבל נאטם בעקבות ההחלטה, פחות מיומיים מעת ביצוע הפיגוע.[6] בט"ו בשבט נטע ראש הממשלה נתניהו עץ לזכר הקרבנות.[7]
בכירי הרשות הפלסטינית התכנסו במעונו של אבו מאזן, ובסיום הטילו על ממשלת ישראל, אותה כינו "ממשלת הכיבוש הישראלית", את האחריות המלאה להסלמה, בלי להוסיף הודעת גינוי לפיגוע,[15] נציג הפת"ח בג'נין, עטא אבו רמילה, בירך על הרצח.[16] כמו כן, החזית העממית לשחרור פלסטין שיבחה, כינתה את הרציחות "מבצע הרואי נועז",[17] וכן, מגישי אל ג'זירה, עיתונאים בעיתונות קטרית, אנשי דת מוסלמים בתמיכת קטר: מתקפת הטרור ליד בית הכנסת בירושלים הייתה 'מעשה אמיץ' של 'התנגדות לגיטימית', מבצעו הוא 'גיבור'.[18]