هجوم الخبر  معظم الأخبار تصف المهاجمين بأنهم أربعة أشخاص، وكانت تحمل المسؤولية جماعة متشددة لم يسمع عنها من قبل تطلق على نفسها اسم «سرب القدس» أو «لواء القدس» التابع لـ «مجاهدي شبه الجزيرة العربية» - وهي جماعة محلية تابعة لتنظيم القاعدة، وقالت الجماعة إنها تهاجم «الصهاينة والصليبيين» الموجودين في المملكة العربية السعودية «لسرقة مواردنا النفطية ومواردنا».  وفقًا للسفير السعودي آنذاك في واشنطن الأمير بندر بن سلطان كان هدف الإرهابيين هو الإضرار باستقرار المملكة العربية السعودية واقتصادها. تم إصدار شريط صوتي تولى فيه عبد العزيز المقرن الذي يعتقد أنه أحد قادة القاعدة في المملكة العربية السعودية المسؤولية. حددت "مرصد الإرهاب" التابع لمؤسسة جيمس تاون زعيمها تركي بن فهد المطيري (المعروف باسم فواز النشامي).  قام الخاطفون بسؤال المختطفون الرهائن عن دياناتهم ليتركوا المسلمين يذهبون ويقتلون ما دونهم.  توجد روايات مختلفة للتفاصيل الدقيقة لهذا الهجوم.  في الساعة 06:45 وصلت مجموعة من أربعة إرهابيين منفصلين عن المجموعة التي هاجمت مجمع الواحة في سيارة واطلقوا النار على الحراس والموظفين حول البوابة الأمامية لمركز الخبر للبترول بجوار مبنى DHL في الطريق الرئيسي من الدوحة إلى الخبر. قتل أمريكي واثنين من الفلبينيين الذين يحمون الأمريكيين.  في الساعة 7:15 هاجم إرهابيون في مركبة مجمع أبيكورب، الذي يبعد عن المجمع مسافة ربع ميل على طريق الخبر الدمام السريع، واستخدموا آر بي جي على البوابة وقتلوا اثنين من حراس الأمن، وكانت حافلة مدرسية تخرج في ذلك الوقت وأُطلقت عليها النار مما أدى إلى مقتل صبي مصري يبلغ من العمر 10 أعوام كان نجل أحد موظفي أبيكورب.  في الساعة 7:30 قام ستة إرهابيين بتسلق جدران مجمع الواحة 3، وتوجه خمسة آخرون إلى نقطة تفتيش السيارات الرئيسية، حيث كانت سيارة مدنية أمام المهاجمين وحافلة مدرسية خلفها في الطابور، وكان على الحاجز بوابتان مغلقتان.  عبرت سيارة واحدة بوابة التفتيش بعد إغلاق البوابة الأولى ثم فتحت البوابة الثانية للسماح للسيارة بالمرور، وعندما فتحت البوابة الأولى توجه الإرهابيون مباشرة عبر البوابة الثانية، وأطلق أحدهم النار وقتل حارسين مسلحين وأطلق النار على حافلة مدرسية مما أسفر عن مقتل طفلين وجرح أربعة أطفال.  ثم توجه الإرهابيون إلى منطقة المجمع الرئيسية، وقام أحد حراس الأمن بنقل الأطفال من الحافلة المدرسية ونقلهم إلى منطقة آمنة في المجمع.  خرج المهاجمون من سيارتهم وانتقلوا سيراً على الأقدام إلى المجمع السكني، حيث أقتحموا المساكن وقاموا بقتل الساكنين الأجانب، وكان من بينهم طاهٍ إيطالي ورجل سويدي، وآخر أمريكي. ووقعت معظم عمليات القتل داخل المطعم الإيطالي للمجمع، وبحسب رواية فواز النشيمي فقد تم إعدام الأسرى برصاص في الرأس.  بحلول الساعة 21:30 حاصرت قوات الطوارئ الخاصة السعودية المجمع واستخرجت أطفال حافلة المدرسة الذين كانوا يختبئون في مرآب للسيارات تحت الأرض، وتم إنقاذ عدد قليل من عمال الحضانة البريطانيين من مجمع الواحة، وأعيدوا إلى مجمع لاس دوناس.  في الساعة 2:00 من صباح اليوم التالي حاولت قوات الطوارئ السعودية الخاصة دخول الفندق المفخخ، وأصيب العديد منهم في انفجارين وانسحبت المجموعة بعد تلقي تهديدات من بقية الإرهابيين بقتل الرهائن، وفي الساعة 02:30 أصيب اثنان من ضباط الجيش الأمريكي ونقلوا بعد ذلك إلى مستشفى سعد التخصصي ونقلوا جواً في وقت لاحق إلى الكويت.  وصلت القوات السعودية في أربع مروحيات تابعة للحرس الوطني في الساعة 06:30 وتم إنزالها على سطح فندق Soha لاقتحام المبنى، بينما أطلق المهاجمون الأرضيون النار على المبنى، وبعد العملية أعلنت السلطات السعودية أن جميع الرهائن أحراراً وأنهم قتلوا اثنين من الإرهابيين وأسروا آخر، وعلى ما يبدو كان معظم المهاجمين قد فروا قبل الغارة السعودية.  أصدرت وزارة الداخلية السعودية بيانًا ادعى فيه أن 41 رهينة قد تم إنقاذهم من قبل القوات الخاصة ووفقًا لدبلوماسي غربي فإن الرهائن كانوا يختبئون في أجزاء من المجمع لتجنب القتل على أيدي المسلحين.  خلال نفس اليوم اندلع إطلاق النار في وسط مدينة الخبر على بعد حوالي عشرين دقيقة من مجمع الواحة 3، وورد أن مركبة كانت تجوب منطقة الخبر على متنها أربعة رجال مسلحين، شرعوا في قتل وإصابة 11 من أفراد الأمن والجيش الآخرين الموجودين في حوالي خمسة مجمعات أخرى مع تأكيد أحدهم على أنه الحزام الذهبي.  في أعقاب الهجمات فر بعض العمال الأجانب إما من البلاد أو تم إجلاؤهم من قبل الشركات التي يعملون فيها لأنهم شعروا أنه من الخطر للغاية البقاء، وصرح خبير من مركز الأهرام للدراسات السياسية والاستراتيجية أجرت معه نيويورك تايمز مقالاً بأن عدم وجود أهمية إستراتيجية للمواقع يدل على ضعف المتطرفين.  ارتفعت أسعار النفط الخام العالمية بنسبة 6.1 ٪ إلى 42 دولار للبرميل بعد الهجوم.