警方指出，犯嫌名為張文，設籍桃園楊梅，為妨害兵役通緝犯。警方調查，張嫌疑似預謀犯案。19日下午3時許，他先在林森北路、長安東路一帶，於短時間內連續丟擲多枚汽油彈，燒毀多輛機車。警消忙於滅火時，他又返回中正區租屋處縱火，疑刻意混淆警方追查方向。警方鎖定身分後發現，張嫌因未依法參加教召，今年7月遭檢方通緝。
傍晚5時24分，下班人潮最密集時段，張嫌拖著行李箱進入台北車站捷運站，沿途投擲煙霧彈，濃煙迅速瀰漫站內通道。他隨後抽出長刀，在能見度不佳的情況下對民眾隨機攻擊，一名57歲男子遭刺傷背部，送醫後不治。目擊者表示，現場煙霧刺鼻、視線模糊，只能聽見尖叫聲，氣氛極度恐慌。
犯案後，張嫌經地下街轉往中山站附近，更換裝備後再度行兇。他先在誠品南西店周邊投擲煙霧彈，隨即持刀衝向百貨公司門口，攻擊路人與騎士，造成2名30多歲男子重傷，送醫後不治。張嫌隨後搭乘電扶梯進入百貨公司內部持續砍殺，警方緊急封鎖現場並逐層搜索圍捕。過程中，張嫌自百貨公司6樓墜落，送醫後於晚間7時42分宣告死亡。
警方事後搜索張嫌租屋與投宿旅館，查獲25瓶土製汽油彈、長刀、煙霧彈、面罩及護具，顯示其早有計畫。背景調查指出，張嫌曾服志願役空軍，2022年間因酒駕遭汰除退伍，近年行蹤不定。案發後，警方通知其父母與家屬協助調查。家屬表示，已超過兩年未與張嫌聯絡，對其行徑毫不知情，對事件深感震驚與無奈。
事件曝光後，因嫌犯姓名引發網路誤認，一名居住桃園、與嫌犯同名的網友，疑因收到大量私訊與騷擾，緊急更改臉書顯示名稱，並發文澄清「別密，我名字3個字」，在網路引起討論，不少網友感嘆同名無辜受波及，「名字改一下啦，你老家應該都要被刨出來了」、「笑死」、「躺著也中槍，慘」、「預防針趕緊打」、「現在還在發文，確認不是你」、「你的私訊應該很精彩」。
