De sade till militanterna "att döda dem tillsammans eller lämna dem ensamma", en lokal guvernör berättade kenyanska medier.
Minst två personer dödades i attacken, nära den nordöstra byn El Wak vid gränsen till Somalia.
Den somaliska al-Shabab-gruppen är huvudmisstänkt för attacken.
Det har inte sagt om det var ansvarigt, men ofta utför man attacker i Kenyas nordöstra del.
Bussen reste från huvudstaden Nairobi till staden Mandera.
När al-Shabab dödade 148 personer i en attack på Garissa University College i april, de militanta utpekade kristna och sköt dem, samtidigt befria många muslimer.
Förra året attackerades en buss nära Mandera av militanta al-Shabab, som dödade 36 icke-muslimer som reste till Nairobi för att fira jul.
"Lokalerna visade en känsla av patriotism och tillhörighet till varandra", Mandera guvernör Ali Roba berättade Kenyas privata Daily Nation tidningen.
Han tillade att militanterna beslöt sig för att ge sig av efter det att passagerarna hade visat enighet.
En anställd av Makkah bussbolaget, som hade talat med föraren inblandade i attacken, bekräftade för BBC att Muslimer hade vägrat att skiljas från sina medkristna passagerare.
Ett av offren sköts ihjäl efter att ha försökt fly från militanterna efter att passagerarna hade tvingats av bussen, berättade samma anställd för BBC: s Bashkas Jugsodaay i Nairobi.
Al-Shabab har varit i krig med Kenya ända sedan kenyanska styrkor kom in i Somalia i oktober 2011 i ett försök att krossa militanterna.
Kenyas nordöstra region har en stor befolkning av etniska somalier.
En grupp kenyanska muslimer reser på en buss bakhåll av islamistiska revolvermän skyddade kristna passagerare genom att vägra att delas upp i grupper, enligt ögonvittnen.