Fou considerada l’acció terrorista més gran comesa mai fins aleshores a l’Estat espanyol. Els terroristes col·locaren motxilles amb explosius en diverses estacions de tren de la capital espanyola (Atocha, Santa Eugenia i el Pozo del Tío Raimundo), en hora punta i sense avisar amb antelació. L’atemptat tingué lloc tres dies abans de les eleccions generals, cosa que provocà una gran tensió política. L’aleshores ministre de l’interior, Ángel Acebes, atribuí l’autoria a ETA, com també ho féu el president espanyol, José María Aznar, atribució que el govern del PP insistí a mantenir malgrat el creixent nombre d’evidències que apuntaven al fonamentalisme islàmic. L’oposició acusà el govern de mentir per evitar que es relacionés la massacre amb la implicació d’Espanya en la guerra de l’Iraq. Durant la jornada de reflexió centenars de persones protestaren davant les seus del PP, en un ambient de gran crispació, i l’endemà el popular Mariano Rajoy perdé els comicis davant del socialista José Luis Rodríguez Zapatero. El Congrés dels Diputats creà posteriorment una comissió d’investigació per aclarir els fets, en què estava implicada una complexa xarxa islamista radical. Dins aquest grup de treball es repetí l’enfrontament entre el PP i els altres partits sobre la gestió de la crisi. Durant els mesos següents a l’atemptat es practicaren diverses detencions de sospitosos i es confirmà que els explosius utilitzats (goma2-ECO) procedien de Mina Conchita (Astúries) d’on havien estat robats. Al febrer del 2007 començà el judici contra vint-i-vuit encausats, deu dels quals absents (alguns dels quals pel fet d’haver-se immolat setmanes després d’haver estat descoberts per la policia i altres per haver aconseguit fugir). La sentència, feta pública al novembre del 2007, absolgué set dels 28 acusats i desvinculà del tot ETA de l’autoria de l’atemptat. Una de les sentències fou recorreguda per la fiscalia per considerar que absolia l’autor intel·lectual de l’atemptat. Al juliol de l’any següent el Tribunal Suprem ratificà les penes per a disset dels condemnats, n'absolgué quatre i dictà una condemna a un dels acusats que havia quedat sense càrrecs.