במהלך סריקות נרחבות שערכו כוחות משטרה ולוחמי מג"ב רבים ממחוז ירושלים, בפיקודו של מפקד המחוז ניצב דורון תורג'מן, ובסיוע אמצעים ומסוק היחידה האווירית של משטרת ישראל, אותרו ונעצרו לפני זמן קצר שני המחבלים שביצעו כאמור את פיגוע דריסה הבוקר ברחוב תכלת מרדכי בעיר.
הודות לפעילות חקירתית מהירה שערכה המשטרה יחד עם גורמי הביטחון הנוספים לצד תחקור בשטח, הוכוונו כוחות ימ"ר ירושלים וכוחות מיוחדים נוספים אל בית עסק סגור, שם אותרו שני המחבלים כשהם מסתתרים.
לאחר מעצרם, השניים הועברו לחקירה אותה הטיל מפקד מחוז ירושלים על היחידה המרכזית של המחוז, חקירה שהחלה ומתנהלת בשיתוף שירות הבטחון הכללי.
בשעה זו, מפכ"ל המשטרה, רנ"צ יעקב שבתאי ומפקד מחוז ירושלים, ניצב דורון תורג'מן יחד עם כלל הכוחות, נמצאים בבית העסק בו נתפסו המחבלים.