شهید فخری‌زاده توسط یک تیربار بسیار پیشرفته و به وزن حداقل یک تن ترور شد که قطعات آن در ظرف هشت ماه توسط سازمان اطلاعاتی اسرائیل (موساد) به داخل ایران قاچاق و سپس مونتاژ شده بود و تیم ترور متشکل از حداقل ۲۰ ایرانی و اسرائیلی بوده است.
ظریف می گوید: «از برخی اقدام‌ها در صحنه بین‌المللی دفاع کردم که معتقد بودم این اقدام‌ها برای منافع ملی مفید نیست ولی آن اقدام‌ها را نه من بلکه دیگران انجام داده بودند و من به عنوان وزیر خارجه جمهوری اسلامی ایران موظف بودم از هر اقدامی که توسط هر مقام مسوول ایرانی انجام می‌شود در خارج دفاع کنم چه موافق باشم و چه نباشم...می‌توانم بگویم که از خودم هزینه کردم، از موقعیت داخلی خودم هزینه کردم، حرف‌هایی که مورد پسند بوده نزدم، حرف‌هایی که مورد پسند نبوده زدم تا سیاست خارجی باری بر معیشت مردم نباشد...من برای اولین بار هزینه گفت‌وگو با امریکا را پرداخت کردم. با وزیر خارجه امریکا نشستم و صحبت کردم. با وزیر خارجه امریکا به یک توافق رسیدیم. با وزیر خارجه امریکا اجرای توافق را آغاز کردیم. بسیاری در ایران مخالف این اقدام بودند. بسیاری در ایران کارشکنی کردند که الان وقت صحبت درباره این مسائل نیست اما بالاخره یک روزی همه این مسائل روشن خواهد شد.»
سرلشکر باقری با بیان اینکه ما امروز طبق فرمایش مقام معظم رهبری دو وظیفه داریم، اظهار کرد: یک وظیفه مجازات آمران و عاملان این جنایت است که مسیرش را طی می‌کند و در زمان و مکان و نحوه‌ای که تشخیص و اقدام آن به دست رزمندگان است، اتفاق خواهد افتاد.
امیر حاتمی در نامه ای به وزرای دفاع بیش از ۶۰ کشور در خصوص ترور شهید فخری زاده با تاکید بر اینکه مبارزه جهانی با تروریسم، نیازمند کنار گذاشته شدن رفتارهای دوگانه است، یادآور شد: «شواهد جدی در مورد نقش رژیم صهیونیستی در ترور شهید فخری‌زاده وجود دارد».
سید حسن نصرالله گفت: دوست و دشمن بدانند ایران برای گرفتن انتقام شهیدانش به اصطلاح برخی‌ها از وکیلان یا دوستان یا عزیزان منطقه‌ای‌اش استفاده نمی‌کند. ترور شهید فخری‌زاده یک عملیات امنیتی بود و اگر ایران می‌خواست به آن پاسخ نظامی بدهد همان ساعت یا روز اول داده بود ولی ترور امنیتی باید پاسخ امنیتی بگیرد.»
نماینده دائم ایران نزد ملل متحد در نشست شورای امنیت گفت: سرنخ های جدی نیز وجود دارد که ترور شهید فخری زاده، دانشمند برجسته ایرانی در 6 آذر 1399، توسط رژیم اسرائیل، نزدیک‌ترین متحد آمریکا در منطقه، صورت گرفته است.
جواد موگویی نوشت: در این ۱۴ سال ۶ دانشمند ترور شدند؛ بعلاوی انفجارهای نطنز و پارچین و سرقت اسناد هسته‌ای. اما سیستم اطلاعاتی درحالی مدام از اشراف سخن می‌گوید که در این سال‌ها هیچ پاسخی درباره عوامل این شبکه نداده است! اگر سیستم اطلاعاتی رویه خود را تغییر ندهد، موساد دانشمندی را در تهران زنده نخواهد گذاشت.
فرمانده کل سپاه با تاکید بر اینکه راهی که شهدا باز می کنند، هیچگاه توقف نخواهد داشت و با اشاره به ترور شهید فخری زاده، اعلام کرد: «دشمنان باید منتظر واکنش های جمهوری اسلامی ایران با کیفیت و وضعیتی که خودمان تعیین می کنیم باشند.»
جان برنان رئیس اسبق سیا گفت: «ایران یک کشور مستقل است و در سازمان ملل کرسی دارد بنابراین یک دولت مستقل تنها به واسطه اینکه می‌تواند یا اینکه می‌خواهد، نباید مقام‌های ارشد یک کشور دیگر را به قتل برساند در غیر این صورت در چنین شرایطی، جو بین‌المللی آشفته خواهد شد».
جانشین فرمانده کل سپاه پاسداران جزییات دقیق عملیات ترور شهید فخری زاده را فاش کرد و طبق گفته سردار فدوی تروریستی در صحنه حادثه نبوده و در این عملیات از هوش مصنوعی استفاده شده بود.