מחבל פתח באש הלילה (בין שבת לראשון) לעבר אוטובוס סמוך לקבר דוד ברחוב מעלה השלום בעיר העתיקה, וביצע ירי נוסף לעבר רכב ליד החניון בכניסה לקבר. 8 בני אדם נפצעו בפיגוע, בהם שניים במצב קשה - אחת מהן היא אישה בהיריון, שעברה במהלך הלילה לידת חירום בבית החולים - מצב היילוד קשה אך יציב. כוחות גדולים של משטרה ניהלו מצוד אחר המחבל שנמלט - ותפסו אותו לאחר שהסגיר את עצמו.
מנחם פאלאס, שנפצע בפיגוע, שחזר: "הייתי בכותל, עליתי על קו שלוש וישבתי ליד החלון. פתאום שמעתי ירי וראיתי שהחלון נשבר. מיד שכבתי על הרצפה. זה היה ממש מפחיד. כולם צעקו מה קורה והיו תינוקות באוטובוס. זה היה ממש מהיר. הכדור חדר דרך הגב שלי ולא הרגשתי שום דבר. אולי בזכות האדרנלין אבל ראיתי דם. בבית החולים גילו את הקליע שחדר דרכי. הייתי בכותל לתפילות, הגעתי לישראל עם תגלית מניו יורק. שמעתי על הפיגועים אבל לא האמנתי שזה יקרה לי".
דניאל קנייבסקי, נהג האוטובוס שלעברו בוצע הירי, סיפר: "אני מעלה לאוטובוס. עוצר בתחנה בקבר דוד המלך ואז שומע יריות ואנשים מתחילים לצעוק, אני רוצה לברוח מהמקום אבל העלו אישה נכה לאוטובוס עם כיסא גלגלים והרמפה ירדה אז הדלת פתוחה ואני לא יכול לנסוע".
אליסף כהן היה עד לרגעים הקריטיים שבהם בוצע הירי. הוא סיפר כי "האוטובוס הוריד רמפה בגלל אישה נכה, ואז יצא החשוד רגלית עם פלאפון ולא משך תשומת לב. הוא עקף את הרגלית, הגיע לצומת ופתח באש לעבר מקבץ של אנשים. אני ראיתי ירי של 7-8 כדורים. הוא נצמד לאנשים והמשיך לירות מטווח אפס. הוא ביצע את הירי וברח".
יחזקאל, אבא של שני פצועים בפיגוע אמר בריאיון ל-N12: "אני מקבל טלפון בשעה 1 וחצי בלילה מהבן הקטן שלי - 'אבא נפצעתי בפיגוע בעיר העתיקה'. הם הלכו להתפלל בכותל בקבר דוד ובנס ניסים הם נפגעו רק קל. שני הבנים שלי פגע בהם קליע ועבר דרך הגוף שלהם. לא יאומן. קרה לנו נס גדול ששניהם רק נפצעו קל. הרופאים אומרים לי להודות לה' על כל הניסים. הבן שלי תוך כדי עזר לפצוע אחר".
חובש בכיר במד"א נחמיה כץ ופרמדיק מד"א דוד טרכטנברג, שנכחו בזירת הפיגוע, סיפרו: "ברחוב מעלה השלום ראינו אוטובוס עם נוסעים עומד באמצע הכביש, אנשים סימנו לנו להגיע לשני גברים כבני 30 שהיו באוטובוס וסבלו מפצעי ירי, הם היו בהכרה מלאה והתהלכו. הענקנו להם טיפול רפואי מציל חיים והעלנו אותם לאמבולנסים של מד"א שהגיעו למקום, משם הם פונו לבית חולים כשמצבם קל עד בינוני". לדברי אנשי מד"א, משם הם המשיכו לכניסה לחניון קבר דוד וראו 4 גברים שנפגעו גם הם מהירי.