Le forze di difesa israeliane avviarono l'operazione Brother's Keeper (in ebraico: מבצע שובו אחים, Mivtza Shuvu Ahim) alla ricerca dei 3 adolescenti.[6] Come parte dell'operazione, nei successivi 11 giorni Israele arrestò circa 350 palestinesi,[7][8][9] inclusi quasi tutti i leader di Hamas in Cisgiordania.[10]
Il 25 luglio, il corrispondente della BBCJon Donnisontwittò che il portavoce della polizia israeliana Mickey Rosenfeld aveva dichiarato che i rapimenti fossero dovuti all'azione di una "cellula solitaria".[13][14]Sheera Frenkel aveva riportato opinioni simili da fonti israeliane e palestinesi circa 10 giorni prima.[15][16] Rosenfeld in seguito negò di aver usato le parole "cellula solitaria".[16]
Il 5 agosto Israele dichiarò di aver arrestato Hussam Qawasmeh, cugino di Marwan Qawasmeh, l'11 luglio, sospettato di aver organizzato l'uccisione dei tre adolescenti. Secondo i documenti del tribunale, Qawasmeh dichiarò che i membri di Hamas a Gaza finanziarono il reclutamento e l'armamento degli assassini.[17][18] Gli avvocati di Hussam Qawasmeh dichiararono che avrebbe confessato sotto "pesanti torture" da parte dello Shin Bet.[19]
Il 26 giugno, l'Agenzia di sicurezza israeliana rilasciò le identità di 2 sospettati di Hamas nel rapimento.[20] Sia l'ISA che le autorità palestinesi affermarono che i 2 uomini scomparvero dalla notte del rapimento, e l'ISA affermò che entrambi avevano commesso atti di terrorismo, erano stati arrestati e avevano scontato una pena in passato, e che erano stati considerati sospetti subito dopo il rapimento. Un alto funzionario dell'intelligence palestinese dichiarò in via ufficiosa che la loro scomparsa costituiva una chiara prova che i due sospetti avevano legami con il rapimento.[21]
Il 30 giugno, le squadre di ricerca trovarono i corpi dei 3 adolescenti scomparsi in un campo a nord-ovest di Hebron.[22][23] A quanto pare erano stati uccisi poco dopo il rapimento.[24] Il primo ministro Benjamin Netanyahu promise una risposta dura a tali omicidi.[25]
Il 20 agosto 2014, un funzionario di Hamas, Salah al-Arouri, pubblicamente identificato come la mente dell'operazione diversi giorni dopo il rapimento, il 19 giugno,[26] affermò che il braccio armato dell'organizzazione, le Brigate Ezzedin al-Qassam, erano dietro il rapimento e l'omicidio.[27][28][29][30][31][32] Il leader di Hamas Khaled Mashal affermò che alcuni membri di Hamas avevano rapito e ucciso i ragazzi israeliani, ma che non stavano agendo su ordini della leadership di Hamas, che non ne sarebbe stata a conoscenza.[33][34][35][36] Meshaal, che dal 2004 guidava l'ala politica di Hamas in esilio, negaò di essere coinvolto nei "dettagli" delle "questioni militari" di Hamas.[37] Elogiò i rapitori sperando che l'azione potesse portare al rilascio dei prigionieri palestinesi.[38] Secondo J.J. Goldberg, l'atto d'accusa militare non conteneva prove di ordini da Hamas stessa e rafforzava la tesi che l'incidente fosse stato organizzato dalla sola famiglia Qawasmeh.[39] Secondo Amos Harel e Chaim Levinson, i rapitori avevano pianificato di aspettare qualche giorno, quindi contattare gli alti funzionari di Hamas nell'area di Hebron, per gestire gli ostaggi e negoziare uno scambio di prigionieri con Israele. A loro avviso, sembrava dubbio che qualsiasi alto funzionario di Hamas sarebbe stato pronto ad accettare questo tipo di rischio.[26]
Il 23 settembre 2014, dopo che Israele uccise i 2 sospetti, Marwan Qawasmeh e Amar Abu-Isa (alias Amer Abu Aysha) in una sparatoria, il capo delle IDF, il tenente generaleBenny Gantz annunciò che l'operazione Brother's Keeper era giunta al termine.[40]
Il 6 gennaio 2015, Hussam Qawasmeh, membro di Hamas, fu incarcerato, condannato a 3 ergastoli ed a un risarcimento alle famiglie delle vittime di 63.000 dollari per gli omicidi.[41]