הפיגוע בגבעת אסף התרחש בעת שהחיילים בשטח אספו את מנת המזון שהגיעה להם, וחוליית הירי ניצלה את חוסר העירנות שלהם - כך עולה מהתחקיר הראשוני שנערך בצה"ל בעקבות הפיגוע, בו נהרגו שני חיילים, חייל נוסף נפצע באורח קשה מאוד ואזרחית נוספת נפצעה באורח בינוני. לפי הערכות גורמי המודיעין, יש קשר בין החוליה שביצעה את הפיגוע בגבעת אסף למבצעי הפיגוע בעפרה.
על פי התחקיר, חוליית הירי הגיעה אל אזור הטרמפיאדה בגבעת אסף מהכביש הראשי, ובאותן דקות הגיע רכב ובו אספקת אוכל עבור החיילים. שני לוחמים הגיעו לקבל את האוכל מהחיילים, בעוד לוחם נוסף ככל הנראה לא הביט לעבר הרכב החשוד. לפי הערכות, הרכב ובו המחבלים זיהה את ההתרחשות בשטח וחוסר הערנות, עצר ונסע לאחור - ואילו האזרחים בטרמפיאדה חשבו כי הוא עוצר על מנת לקחת נוסעים.
בשלב זה נפתחו דלתות הרכב, ולא ברור עדיין אם יצאו מתוכו שני מחבלים או אחד. אז נורתה האזרחית שירה סבג, ובמקביל נפתחה אש אוטומטית לעבר החיילים, תוך שהיורה מתקרב אליהם ויורה "מטווח אפס". לאחר הירי הוא לקח מאחד הלוחמים את רובה ה-M-4 שלו. לאחר מכן החוליה נמלטה במהירות לכיוון רמאללה, כשבדרך נכנסו לציר שמכונה על ידי צה"ל "ציר הזבל", נטשו את המכונית סמוך למעיין תות ונמלטו רגלית לאזור אל-בירה.
גורמים באוגדת יו"ש שנחשפו לפרטי התחקיר הסבירו כי המחבלים הכירו היטב ככל הנראה את הצומת, זיהו נקודת תורפה שנמשכה שניות אחדות, החליטו לעצור את הרכב ולבצע את הפיגוע. אי הבהירות בתיאור המקרה לאחר הפיגוע נבע מעצם העובדה כי חרף החיכוך בצומת והגדרתו כאזור מורכב לאבטחה - הצומת לא מרושת באמצעות מצלמה איכותית שיכולה הייתה לסייע בהבנת הפרטים במהירות רבה יותר. בעקבות הפיגוע הוחלט לתגבר את המקום באמצעות לוחמים נוספים שחלקם עומד החל מאמש בעמדת רתק שמאבטחת את הציר והאזרחים שעומדים בטרמפיאדה. גורמי צבא אמרו הבוקר כי "הפיגוע הזה לקח כמה שניות... הכול קרה מהר מאוד. בפיגוע ירי שהוא קשה לעצירה המחבלים ניצלו נקודות תורפה. הלוחמים חייבים להיות ערניים מאוד וחדים בתגובה. הלוחם בקצה יכול להשפיע מאוד על אירוע שכזה".
