השיירה כללה תשעה כלי רכב. בראשה נסע משוריין ליווי, אחריו אמבולנס גדול ובו היו כעשרה אנשי סגל בית החולים, וביניהם ד"ר חיים יסקי מנהל בית החולים הדסה. אחרי האמבולנס הגדול נסעו שני אוטובוסים של חברת "המקשר" ובהם כ-60 נוסעים, אחר האוטובוסים נסע אמבולנס קטן, ושלוש משאיות עמוסות מזון ואספקה רפואית, ולבסוף משוריין ליווי מאסף. הדרך הייתה אמורה להיות מאובטחת על-ידי השלטון הבריטי, כעבור כ-40 דקות בסביבות השעה 9:40 בבוקר בהגיע השיירה לעיקול הכביש בלב שכונת שייח ג'ראח נתקלה במארב מתוכנן של אנשי כנופיות ערביות. המשוריין שבראש השיירה עלה על מוקש התהפך על צידו נתקע במרכז הכביש וחסם את דרכה של השיירה ומיד פתחו הערבים באש כבדה מהבתים משני עברי הכביש על כל השיירה.
האמבולנס וכן שני האוטובוסים שנסעו אחרי המשוריין המוביל ניסו לעקפו אך נתקעו-נלכדו בשולי הכביש. שאר כלי הרכב בשיירה - חמישה במספר, כולל המשוריין המאסף, פנו לאחור לכיוון ירושלים העברית והצליחו להימלט. הערבים המשיכו לירות לעבר ארבעת רכבי השיירה שנתקעו נלכדו בכביש - המשוריין הראשון, האמבולנס ושני אוטובוסים, וגרמו למספר נפגעים בקרב הנוסעים בהם ולדליפת בנזין מכלי הרכב. כעבור פחות משעה הגיע למקום הקצין הבריטי ג'ק צ'רצ'יל עם שריונית ומשאית, נעמד ליד האוטובוס והציע ליושביו לעבור למשאית ולהיחלץ.
היושבים באוטובוס אנשי השיירה סירבו לתת אמון בבריטים וביקשו להמתין להגעת כוחות "ההגנה" שיחלצו אותם. הקצין הבריטי עשה זאת כנראה על דעת עצמו מתוך יוזמה פרטית לסייע למותקפים היהודים. מאחר שלא ראה היענות להצעתו עזבו ג'ק צ'רצ'יל וחייליו את המקום. שאר חבריו אנשי כוחות בריטים שפטרלו באזור צפו במחזה מהצד, גילו אדישות ולא עשו דבר כדי להציל ולהגן ולחלץ את הנוסעים היהודים הלכודים בתוך רכבי השיירה. יש הטוענים כי הבריטים אף מנעו הגעת איש הצלב האדום למקום.
כלי הרכב בערו כלפידים וכך במשך שעות ארוכות ארבעת כלי הרכב של השיירה: המשוריין האמבולנס ושני האוטובוסים ובהם כ-80 איש היו תקועים בלב שכונה ערבית עוינת חסרי אונים, מותקפים על-ידי המון פורעים ערבי שהחל נוהר למקום. בסביבות השעה 14:00 בצהריים (על-פי הערכה) הציתו הפורעים הערבים את אחד האוטובוסים על יושביו. ואחר כך גם את האוטובוס השני. נוסעים שניסו להימלט מהאוטובוסים הבוערים נהרגו ביריות. בסיוע דליפת בנזין מכלי הרכב שנגרמה מיריות הפורעים, בערו כלי הרכב כלפידים, ומי מבין הלכודים ברכבי השיירה שלא נהרג עד אז, נשרף חיים או נורה בהימלטו מן הרכבים. המון הפורעים גרר, התעלל והשחית גופות אנשי השיירה עד ללא הכר.
רק בסביבות השעה 3:30 אחר-הצהריים, כ-6-5 שעות לאחר תחילת ההתקפה על השיירה הגיעו למקום אנשי צבא בריטים שנשלחו מהפיקוד הבריטי אך היה זה מאוחר מידי. רוב רובם של נוסעי רכבי השיירה שנלכדו במקום היו הרוגים או נפצעו באורח אנוש ומתו אחר כך מפצעיהם. במקום נותרו שרידים חרוכים של האוטובוסים, המשוריין והאמבולנס וגופות מרוטשות. מחזות קשים ביותר נגלה לעיני המחלצים.
הרוגי אסון "שיירת הדסה" בהתקפה נהרגו 78 יהודים מירי או משריפה מהם כ-20 נשים. עם ההרוגים נמנו: ד"ר חיים יסקי, מנהל בית החולים הדסה, ד"ר משה בן דוד המנהל המיועד של בית הספר לרפואה באוניברסיטה העברית, פרופ' ליאוניד דולז'נסקי מנהל המחלקה לפתולוגיה ניסיונית בבית רנטוף שעל הר הצופים, ד"ר בנימין קלאר, חוקר הלשון העברית באוניברסיטה, ד"ר אברהם חיים פריימן מומחה למשפט עברי, ופרופ' אנצו יוסף בונבנטורה פרופסור לפסיכולוגיה. שלושים מהנרצחים זוהו ונקברו בקברים אישיים, חלקם נקברו בקבר אחים בבית הקברות סנהדריה וגופות כ-20 חללים לא נמצאו.
