פרשת לילהאמר
הפעולה

ביולי 1973 התקבל מידע כי סלאמה שוהה בנורווגיה ומתכנן פיגועים נגד ישראל. המעקבים אחריו הובילו לעיר לילהאמר. צוות המוסד עקב אחרי בלדר של ארגון ספטמבר השחור, אשר יצא מהמטה הראשי של הארגון בז'נבה אל עיירת נופש קטנה בנורווגיה בשם לילהאמר, השוכנת כ-165 ק"מ צפונית לאוסלו.
בלילהאמר נפגש אותו בכיר ומסר ניירות לאחמד בושיקי, אשר זוהה בטעות כעלי חסן סלאמה, ראש ארגון "ספטמבר השחור". מיד עם קבלת המידע הגיעו לעיירה אנשי יחידת קיסריה, שעליה הוטלה המשימה להרוג את סלאמה. על פי עיתוני נורווגיה, גם ראש המוסד צבי זמיר הגיע לעיירה כדי לפקד על הפעולה.
בספר לילהאמר - תיק פתוח נטען כי המידע שהתניע את המבצע נבע ממרגלת ששתל "המוסד" במשרדי הליגה הערבית בז'נבה. המרגלת, ד"ר אמינה אל-מופתי (ובשמה בישראל ד"ר רות ניסנוב, רופאה בתל השומר), העבירה מידע ראשוני לפיו שמעה במשרד כי עלי חסן סלאמה אמור לטוס לז'נבה. הידיעה, שהתבססה על שמועה, הועברה למחלקת המודיעין וקיבלה סיווג גבוה. על פי הספר "לילהאמר - תיק פתוח" החליט מפקד הפעולה להורות על ביצוע ההתנקשות, אף על פי שארבעה מצוות הלוחמים התריעו כי האיש שאחריו הם עוקבים הוא ככל הנראה מקומי, כלל אינו דומה לעלי חסן סלאמה, ודובר את השפה המקומית.
ב-21 ביולי, כשירד מאוטובוס סמוך לביתו בשעת ערב עם אשתו הנורווגית שהייתה בהיריון, לאחר שביקרו בקולנוע, ניגשו אליו שני גברים, ירו בו 14 כדורים מטווח קצר, ונמלטו. צוות המתנקשים יצא מיד מהמדינה, בהם מייק הררי, שהיה מפקד החוליה. בספר לילהאמר - תיק פתוח מתוארת פגישה שנערכה יום לאחר הרצח ביום ראשון, בה נפגש מייק הררי עם צבי זמיר בבית קפה באוסלו מבלי שידעו שהמבצע נכשל, ורק לאחר שהבינו שאברהם גמר וסילביה רפאל נעצרו, עלה זמיר על המטוס הראשון ולמעשה נמלט ממעצר המשטרה הנורווגית בעור שיניו. בפועל, בפגישה בבית הקפה נכחו שני לוחמים נוספים כשאחד מהם ביצע את הירי באחמד בושיקי, כך שפרסום זה סותר את הפרסומים לפיהם צוות המבצעים נמלט מנורווגיה עוד במוצאי שבת.
עדי ראייה מיהרו לעדכן את המשטרה על זהות אחד מכלי הרכב שהיו מעורבים בפעולה, ולמחרת, כאשר באו סוכנים להחזיר את המכונית השכורה לסוכנות ההשכרה, הם נעצרו על ידי שוטרים שהמתינו להם במקום. לאחר מעצרם, התברר להם שהם טעו בזיהוי והרגו אדם אחר, צעיר מרוקאי בשם אחמד בושיקי, אחיו של צ'יקו בושיקי מלהקת ג'יפסי קינגס, שהתגורר בעיירה ועבד כמלצר באחת ממסעדותיה. לאחר כמה ימים, ועל סמך מידע שקיבלו מהעצורים, פשטה המשטרה הנורווגית על ביתו של קצין הביטחון של השגרירות הישראלית באוסלו, יגאל אייל, ועצרה עוד שניים בחשד למעורבות ברצח. בסך הכול היו בידי המשטרה שישה חשודים, בהם אברהם גמר, דן ארבל וסילביה רפאל.
תחילה העצורים לא שיתפו פעולה עם המשטרה, לא גילו שהם סוכני מוסד, ואמרו שהם פעלו באופן עצמאי כחלק מקבוצה פרו-ישראלית שבאה לסכל מזימה של "ספטמבר השחור". המשטרה הנורווגית קישרה אותם ל"ליגה להגנה יהודית" של מאיר כהנא, מאחר שכהנא ארגן ב-19 בספטמבר 1972, מסיבת עיתונאים בבית סוקולוב בתל אביב, בה הודה שארגונו אחראי בניסיון להבריח נשק לאירופה לצורך פעולות נקם על טבח הספורטאים והכריז על הקמת "ארגון יהודי עולמי שיגיב בטרור נגד טרור". לאחר שטענו שאין הם קשורים למוסד, סירבה המשטרה להתיר להם להיפגש עם נציג משגרירות ישראל.
ב-31 ביולי 1973 פרסם השבועון האמריקאי "טיים" ידיעה שהעצורים הם חלק מ"צוות ישראלי" שמאתר את רוצחי מינכן, שכבר הרג 13 ערבים באירופה, והפעולה בלילהאמר היא מקרה של טעות בזיהוי.
בימים לאחר מעצר החשודים התברר שהמודיעין למבצע נאסף בצורה רשלנית. וייתכן שהמעקב אחרי עלי חסן סלאמה שהוביל ללילהאמר היה למעשה תרגיל הסחה. מאחר שווילי ברנדט, קנצלר מערב גרמניה, שהה בעיירה בחופשת סקי, שירותי המודיעין וכוחות המשטרה הנורווגיים היו בכוננות לקראת בואו, ולכן יכלו לפעול במהירות ללכידת החשודים. בריאיון לעיתון מעריב ב-2013 הודה צבי זמיר: ש"המודיעין שלנו לא היה טוב ... המקור לא היה אמין".