Les assaillants, qui n'ont pu monter à bord en raison du verrouillage des portes, ont pris la fuite à l'arrivée de la police. Plusieurs personnes ont été interpellées au terme d'une course poursuite avec les forces de l'ordre.
Le conducteur du TGV a stoppé le train en début d'après-midi, dans le XIe arrondissement de la ville, respectant la procédure d'urgence à la vue des torches de détresse déposées par les agresseurs sur la voie.
Une centaine de voyageurs se trouvait à bord de la rame, qui venait de quitter la gare Saint-Charles de Marseille. Après les interrogatoires des voyageurs par les policiers, le train est reparti vers Nice avec deux heures de retard.