Volgens een reporter van de krant Hurriyet die aanwezig was schoot de aanvaller eerst in de lucht, waarna hij het vuur opende op Karlov. De ambassadeur werd zwaargewond naar het ziekenhuis overgebracht, maar overleed onderweg aan zijn verwondingen.
Volgens de Britse openbare omroep BBC raakten nog verschillende andere mensen gewond bij de aanval. Op beelden op de Turkse televisie is de aanval op Karlov te zien. Volgens een getuige sprak de dader over «Aleppo» en «wraak». De politie kon de man uitschakelen.
Het incident zou een nieuwe domper kunnen zijn op de bilaterale relaties tussen Rusland en Turkije. Er ontstond vorig jaar een zware crisis nadat Turkije een Russisch gevechtsvliegtuig had neergehaald boven het grensgebied met Syrië, maar Moskou en Ankara zochten toenadering. Zo werd samengewerkt bij de evacuaties uit de Noord-Syrische stad Aleppo.