Terör örgütü IŞİD üyesi 3 canlı bomba Vatan Caddesi'nden taksiye binerek Atatürk Havalimanı'na geldi. Dış arama noktasından polise takılmadan geçen taksideki teröristler Dış Hatlar Terminali önünde inince silahlarını çıkarıp patlayıcı olan yeleklerini giyerek 3 ayrı noktaya dağıldı. Önce Kalaşnikof'la ateş açan sonra da patlayıcıları infilak ettiren canlı bombalardan birinin Rus uyruklu Çeçen Osman Vadinov olduğu tespit edildi.
İstanbul Atatürk Havalimanı'nda önceki gece saat 21.51'de meydana gelen saldırının detayları ortaya çıkarken İstanbul Emniyet Müdürlüğü, 3 canlı bombanın, Fatih Vatan Caddesi Şair Fuzuli Sokak girişinde, saat 21.00 sıralarında Mahmut B.'a ait 34 TEE 96 plakalı taksiye binerken kameralara yansıyan görüntülerini saptadı. Elde edilen bilgilere göre 3 teröristin yanında 3 sırt çantası ve bir valiz vardı.
Taksi, Atatürk Havalimanı girişinde, polislerin şüphelendikleri araçları çevirdiği arama noktasını hiçbir engelle karşılaşmadan geçti. Teröristler Dış Hatlar Geliş Terminali önünde indiler. Valizi açıp içinden çıkardıkları mont ve ceketleri giyip Kalaşnikof silahlarını gizledikten sonra biri otoparka, biri dış hatlar gelişe, biri de dış hatlar gidişe yöneldi.
Hürriyet'in haberine göre, bu sırada otoparka giren güvenlikçi üç kişinin sıcağa rağmen giydikleri ceket ve montlardan şüphelenerek polise bildirildi. Bir sivil polis, dış hatlar geliş A kapısına ilerleyen teröriste yaklaşarak kimliğini sordu. Terörist ateş açıp polisi omuzundan yaraladı. Otoparktan silah sesi gelince, uçaktan inen yolcuların araçlara bindiği geliş terminalinin önündeki canlı bomba kendini patlattı. Büyük bir panik yaşanırken aralarında üç taksici ile işten çıkan personelin de bulunduğu çok sayıda kişi burada yaşamını yitirdi.
Panikten yararlanıp otopark tarafından üst kata çıkan ikinci canlı bomba, A kapısından gidiş terminaline Kalaşnikofla ateş açarak girdi. Silahsız güvenlik görevlilerinin bulunduğu x-ray cihazlarının yanından terminale giren canlı bomba CIP bölümüne kadar ilerlemeyi başardı. Pasaport kontrol noktası önünde girişleri kontrol eden polis memuru Y.D, duvara siper aldı. Tam önünden geçerken ateş edeceği sırada terörist erken davranarak polis memurunu karnından vurdu. Polis memuru yaralı olarak 10 el ateş etti. Yere düşen teröristin silahı elinden fırladı. Bu sırada çevredekileri uzaklaşmaları için "Bomba" diye bağırarak uyaran polis memuru, canlı bombanın pimi çekmeye hazırlandığını görünce uzaklaşmak zorunda kaldı. Canlı bomba da butona bastı ve bombayı patlattı. Polis memurunun uyarısı nedeniyle çevredekiler uzaklaştığı için beton zemini delen o müthiş patlamada ölen olmadı.
Alt katta personelin de giriş yaptığı A kapısından geliş terminaline giren ilk ateşi açarak polisi yaralayan 3. canlı bombanın amacı ise kaçanların yığıldığı gümrük noktasına yakın bir yerde katliam yapmaktı. Terörist, panik halinde kaçışan yolcuların üzerine silahını ateşleyip ilerlerken Simit Sarayı önünde gümrük görevlisi Umut Sakaroğlu tarafından vuruldu. Yere düşen canlı bomba kendini patlatınca, Umut Sakaroğlu da şehit oldu.
Ölümlerin tamamı geliş katındaki iki patlamada, yolcu bekleme alanında ve dışarıdaki servis ve taksi alanında gerçekleşti. Türkiye'yi dehşete düşüren saldırıda 42 kişi hayatını kaybetti. Canlı bombalarla birlikte bu sayı 45 oldu.
Olaydan sonra iki adet patlamamış el bombası bulundu. Menşei henüz tespit edilemeyen el bombalarından biri teröristlerin el çantasında diğeri de terminalde bulundu.
Teröristlerin Atatürk Havalimanı'na gelirken bindiği taksinin şoförü Mahmut B., olaydan sonra Emniyet'e götürüldü. İfadesi alınan Mahmut B., 3 kişinin havalimanına gidinceye kadar kendi aralarında yabancı dilde konuştuklarını, konuşmalarından hiçbir şey anlamadığını söyledi.