Vào khoảng 10:45 CET, một vụ nổ súng đã diễn ra trên một chiếc xe điện nhanh gần ngã ba 24 Oktoberplein ở Utrecht.[6] Thủ phạm đã chạy trốn trong một chiếc ô tô, khiến cảnh sát phải rượt đuổi trong suốt cả ngày. Cảnh sát đã bắt giữ một người đàn ông Thổ Nhĩ Kỳ 37 tuổi.[7][8][9] Ngoài ra, hai vụ bắt giữ tiếp theo được thực hiện liên quan đến vụ nổ súng.[10] Cảnh sát đã tịch thu một chiếc xe ô tô Renault Clio màu đỏ liên quan đến vụ tấn công.[11][12]

Ban đầu, có thông tin rằng một trong những phụ nữ bị bắn trong vụ nổ súng có thể là mục tiêu vì "lý do gia đình" và những hành khách khác đến trợ giúp cô sau đó cũng bị nhắm đến.[13] Tuy nhiên, cơ quan thực thi pháp luật sau đó tuyên bố không có bằng chứng về bất kỳ mối liên hệ nào giữa kẻ giết người và nạn nhân. Thay vào đó, một ghi chú được tìm thấy trong chiếc xe chạy trốn ám chỉ khủng bố là động lực.[14]