בסביבות השעה 6:00 בבוקר התגלו כנראה שני הסיירים. על הדרך שבה התגלו ישנן כמה גרסאות. הגרסה שהתפרסמה ימים ספורים לאחר הקרב מקורה בעזרא דנין, איש הש"י, שניסה לברר לאחר הקרב את השתלשלות האירועים. הוא נפגש עם נציגו של עבדאללה הראשון, מלך ירדן, וממנו שמע כי המחלקה פגשה ערבי רועה צאן, או זקן. על פי תיאור זה חסו אנשי הל"ה על הזקן ושחררו אותו, וזה נמלט והודיע לערבים על נוכחותם. סיפור זה נמסר על ידי דנין לדוד בן-גוריון, והוא פרסם אותם ברבים כמה ימים לאחר הקרב. הסיפור הפך לאחד המרכיבים המרכזיים של המיתוס שהתהווה סביב הל"ה. מעדויות שנגבו מערביי צוריף לאחר מלחמת ששת הימים עלה תיאור מעט שונה, ועל פיו נתגלו הל"ה על ידי שתי נשים מצוריף שיצאו לקושש זרדים. על פי תיאור זה קראו הסיירים לעברן בערבית "אנחנו מההגנה הערבית". הנשים ברחו, והסיירים לא פתחו עליהם באש. ייתכן ששני האירועים התרחשו, וייתכן שהנשים הודיעו על הגילוי לרועה צאן או לאדם אחר, והוא זה שהעביר את ההודעה. יש רואים בסיפור הרועה מיתוס, שלא אירע במציאות.
הסיירים המתינו למחלקה ודיווחו לדני מס על האירוע. הוא החליט להמשיך בתוכנית ולחצות את קו צוריף–ג'בע לפני שתתחיל הפזעה (גיוס המוני מהכפרים באזור) שמס העריך שתתרחש בעקבות ההודעה, כפי שהיה מקובל. המרחק בקו אווירי מהגוש היה כ-6 ק"מ, אך מס העריך כנראה, שאם יצליחו להתחיל את השלב האחרון של הטיפוס אל הגוש יהיה לו את יתרון הגובה והמחלקה תוכל להתמודד עם ההתקפה הערבית הצפויה. ייתכן שקיווה גם לתגבורת מהגוש, שתסייע לו בשלב זה.
שתי הנשים הגיעו במהירות למחנה האימונים בצוריף והודיעו על האירוע לאיברהים אבו דאיה, מפקד המיליציה הפלסטינית אל-ג'יהאד אל-מוקדס ("הג'יהאד הקדוש"). אבו דאיה שלח שני לוחמים שזיהו את המחלקה ופתחו עליה באש דלילה, בסביבות השעה 7:00 בבוקר. אבו דאיה אסף את כל לוחמיו ובין השעות 08.00–11:00 התפתח קרב מול מחלקת הל"ה. הל"ה עלו כנראה לגבעת חפורית, הנמצאת סמוך למחסום ג'בע כיום (2015) ומשם ירדו צפונה ומזרחה, לנחל עציונה. בסביבות השעה 11:00 הצליחו לוחמי הל"ה כנראה לנתק מגע ולהסתתר במערות או באפיק הנחל, והקרב שכך לכמה שעות.
במקביל לקרב הפעילו הערבים גיוס המוני בעשרות כפרים ערביים – פזעה. מקורות ערבים העריכו שמספר הלוחמים הכפריים שהתאספו הגיע ל-2,000. הערבים העריכו שהמחלקה תנסה לסגת צפונה, ותפסו את חירבת סנסן ואת גבעה 603 . הערבים לא הסתערו בשלב זה וייתכן שהל"ה לא ידעו שהם מוקפים. השיקול ההגיוני היה להסתתר במקום, ואולי אף להתפצל לכוחות קטנים יותר ובחסות הלילה לסגת לעמק האלה ולהר-טוב, אך דני מס כנראה חש שמעשה כזה הוא בבחינת בגידה באנשי גוש עציון המשוועים לעזרה.
גבעת הקרב.
בסביבות 14:30 החליט דני מס לעלות לגבעה 573, שכונתה על ידי הערבים ד'האר אל חאג'א (גב הגברת) . המניע לכך אינו ברור. ייתכן שמפקדי המחלקה קיוו ששלוחת סנסן פנויה, או שביקשו לשפר עמדות לקראת המשך מסעם לגוש בלילה דרך חורבת סנסן. כאשר החלו לעלות על הגבעה התגלו על ידי הערבים, וחלק מהלוחמים נורו בגבם בעת העלייה. כשהגיעו לראש הגבעה (שנקראה אחר כך "גבעת הקרב") הסתבר לל"ה כי הם מוקפים. הערבים החלו צולפים עליהם, בעיקר מגבעה 603, שחלשה על גבעת הקרב מצפון. גבעת הקרב הייתה חשופה והלוחמים הסתתרו מאחורי הסלעים, אך על פי המקומות שבהם נמצאו הגופות מאוחר יותר נראה כי התארגנו להגנה היקפית. בנקודה אחת על הגבעה, שבה היה מחסה טוב יותר, רוכזו כנראה הפצועים, כיוון שהגופות שנמצאו באותה נקודה היו חבושות. למרות מצבם הנחות הצליחו הלוחמים להדוף כמה הסתערויות על הגבעה, עד שאזלה תחמושתם. ערביי האזור שהשתתפו בקרב העידו כי לקראת סוף הקרב, בסביבות 16:30, ניסו כמה מהלוחמים לרדת לנחל עציונה, אך נהרגו. דוגן העיד שמצא שבע גופות של הלוחמים סביב הגבעה: גופה אחת נמצאה כ-500 מטרים ממערב לגבעה, בערוץ נחל עציונה; ארבע גופות לוחמים נמצאו במדרון המערבי של הגבעה, במרחק כמה עשרות מטרים זו מזו; ושתי גופות נוספות נמצאו בערוץ נחל עציונה, למרגלות הגבעה, מדרום. על פי העדויות, הלוחם האחרון נהרג בסביבות 17:00, כאשר השליך את הרימון האחרון שהיה ברשותו. לעדות הלוחמים הערבים, "מי שנגזר עליו למות – לו לפחות יזכה למות כשם שמתו גיבורי חיל אלו".
מציאת החללים.
אנשי גוש עציון ידעו על יציאת הל"ה בדרך אליהם, והמתינו להם, ואולם עד שעות הבוקר של יום שישי, 16 בינואר, לא הגיעה המחלקה למשואות יצחק, היישוב המערבי ביותר בגוש. הל"ה לא נשאו עמם מכשיר קשר ולכן לא הייתה לאנשי ה"הגנה" בירושלים או למגיני גוש עציון כל ידיעה על המתרחש. עם זאת, היו ידיעות על התרחשות כלשהי באזור. בשעות אחר הצהריים שמעו אנשי משואות יצחק ועין צורים יריות מכיוון צוריף, אך לא היו יכולים להבחין בהתרחשות ושיערו שהמדובר באימונים של הערבים. חוליות סיור יצאו לשטח, ובמהלך היום הופעלו גם מטוסים קלים ("פרימוסים") של שירות האוויר לסיור בשטח (אחד מהטייסים היה עזר ויצמן). הטייסים לא הבחינו במחלקת הל"ה אך הבחינו בריכוזי ערבים וכלי רכב במספר כפרים ערביים; נראה שעברו מעל האזור בשעות שבהן הסתתרו אנשי המחלקה בנחל עציונה. גם למחרת נעשו ניסיונות למצוא את הלוחמים, כולל סיורים אוויריים. נעשו ניסיונות למצוא את המחלקה גם מכיוון הר-טוב: כוח גדול של חי"ש ופלמ"ח יצא בבוקר 17 בינואר לחפש את הל"ה לאורך מסלולם המשוער. ליד בית ג'מאל נתקל הכוח בערבים ובקרב שהתפתח נהרג אחד מאנשי החי"ש, , ושניים נפצעו. מיד כשהגיעו הידיעות על גורל הל"ה נסוג הכוח להר-טוב.
בצהרי יום שישי, 16 בינואר, החלו להגיע גם לתחנת המשטרה בחברון ידיעות על "צרות" באזור צוריף. מפקד המשטרה, היימיש דוגן, יצא לאזור צוריף אך לא ראה דבר. בערב קיבל דוגן ידיעות מרופא שהביא לחברון פצועים ערבים רבים. דוגן פגש את הפצועים אך לא הצליח לקבל מהם מידע מלא. למחרת, שבת 17 בינואר, יצא דוגן בלוויית קצין משטרה ערבי לשטח. בסיוע עדויות של תושבים מקומיים ובליווי כמה רועי צאן הגיע דוגן בצהריים לאתר הקרב ("גבעת הקרב") ושם מצא את גופות הלוחמים. ליד חלק מן הגופות מצא דוגן כ-15–18 פיסות נייר ופתקים. דוגן מסר את הפתקים מאוחר יותר לקצין הבריטי שהיה אחראי בירושלים לקשר עם הסוכנות היהודית, אך הפתקים נעלמו, לא התגלו מעולם, ולא נודע מה נכתב בהם. בשעות אחר הצהרים של יום השבת הועברה הידיעה על מציאת החללים למטה ההגנה בירושלים.
דוגן החל לאסוף את הגופות ועסק בכך במשך כמה שעות, עד הערב. לעדותו, שכנע את הערבים שלא לפגוע בגופות ולהביאן למחרת לנקודה ממנה יוכלו לאסוף אותן במשאית. לדבריו, הגופות היו שלמות ולא פגועות. דוגן הפציר באנשי צוריף לשאת את הגופות לכפר הסמוך, משם יוכל להובילן ברכב לירושלים. רק לאחר שהבהיר להם כי הגופות שייכות לאלוהים, ולאחר שהסכים לשלם להם 500 מיל לגופה, הסכימו.
למחרת, יום ראשון 18 בינואר, חזר דוגן לאזור. בדרך שמע על התקפה של היהודים על הכפר צוריף. כשהגיע למקום גילה שהמדובר בשני חיילים בריטיים שעברו במקום בטעות, ונחשבו על ידי הערבים בטעות כיהודים. הערבים עמדו להוציאם להורג, ורק התערבותו של דוגן ברגע האחרון מנעה זאת. השמועה על ההתקפה כביכול עברה במהירות באזור, והערבים שאספו את הגופות נמלאו זעם, השליכו את גופות לוחמי הל"ה לוואדי, התעללו בהן והשחיתו אותן. דוגן סילק מהגבעה את הערבים ובעצמו, בסיוע חיילים בריטיים, הביא את הגופות אל הרכב הבריטי.
הפיקוד הבריטי הנחה את דוגן להביא את הגופות לירושלים, אך הוא סבר שנכון יותר יהיה להביאן לכפר עציון, וכך אכן נעשה. ביום ראשון בערב, יומיים וחצי לאחר הקרב, הביאו הבריטים את הגופות לכפר עציון. בלילה עסקו לוחמי הפלמ"ח והחי"ש בזיהוי חבריהם שנהרגו בקרב. למחרת הגיעו חלק מהורי הנופלים וקרוביהם, שהוסעו במשוריינים בריטים, לכפר עציון. עמם הגיעו גם אנשי חברה קדישא, ובראשם הרב אריה לוין. הם הכינו את הגופות לקבורה, וזו נעשתה בבית הקברות של כפר עציון. את הקבורה אבטח הצבא הבריטי, ומכיוון מערב, לכיוון צוריף, אבטחו מגיני הגוש, בנשק "לא לגאלי".
אחרית דבר.
הלחימה בגוש עציון נמשכה. שיירת תגבור עמוסת אספקה הצליחה לפרוץ אל הגוש ב-21 בפברואר 1948 ("שיירת דבורה") ולחזור בשלום לירושלים. שיירה נוספת הצליחה להגיע אל הגוש ב-27 במרץ. בדרכה חזרה הותקפה בנבי דניאל, סמוך למחנה הפליטים דהיישה של היום, וספגה אבדות רבות: 14 הרוגים ו-40 פצועים. השיירה חולצה רק למחרת, בחסות הבריטים.
בימים ג'-ד' באייר, 12–13 במאי 1948, ערב הכרזת העצמאות, נערכה התקפה גדולה על יישובי גוש עציון. כפר עציון נכבש בצהרי 13 במאי, ומגיניו נטבחו – 127 איש נורו לאחר כניעתם, ורק ארבעה הצליחו להימלט. לוחמי שלושת היישובים האחרים נלקחו לשבי הירדני, ממנו שבו לאחר תום המלחמה. למחרת, ה' באייר, הכריז דוד בן-גוריון על הקמת מדינת ישראל.
הבאה לקבורה בירושלים.
כמה חודשים לאחר סיום מלחמת העצמאות, בחשוון תש"י 1949, החל מבצע שיזם הרב הראשי בצה"ל, הרב שלמה גורן, לליקוט שרידי הנופלים בחזיתות השונות. הסתבר כי נותרו מאות גופות שלא נקברו, או שנקברו בקברי אחים, מעבר לגבול. לאחר מאמץ דיפלומטי מורכב החל הרב גורן בליקוט העצמות. מבצע זה נערך בנווה יעקב, בבית הערבה, בלטרון, בג'נין ובמקומות נוספים. בין שאר המקומות הגיע הרב גורן, עם נציגים מלוחמי הגוש, לגוש עציון. גופות נופלי גוש עציון ובהם לוחמי מחלקת הל"ה הובאו למנוחות בבית הקברות הצבאי בהר הרצל.
זיהוי הגופות.