תחקיר הקרב במחנה רעים שהתפרסם הבוקר (שישי) קובע כי צה"ל נכשל במשימת ההגנה על המחנה, אולם שהלחימה במרחב הש"ג וברחבי המחנה מנעה את כיבושו ואבידות כבדות יותר. התחקיר קבע כי היה צורך לבצע היערכות אפקטיבית בהגנה למתקפה כאשר האויב נבלם בש"ג לפרק זמן ממושך. את התחקיר, שביצע במשך כשנה אלוף-משנה יצחק אלפסי, סיכם מפקד פיקוד הדרום לשעבר, אלוף ירון פינקלמן.

מחנה רעים, הסמוך לקיבוץ רעים, משמש כבסיס האם של אוגדת עזה מאז שנת 2009. על פי התחקיר, בבוקר ה-7 באוקטובר הגיעו אליו כ-60 מחבלי חמאס, כ-30 מהם בודדו וריתקו את צומת הכניסה למחנה והיתר חדרו לתוכו כשמטרתם לפגוע במערך הפיקוד והשליטה הגיזרתיים, להרוג ולחטוף את החיילים במחנה. כוחות צה"ל חיסלו לפחות עשרה מחבלים במרחב המחנה בקרב שנמשך כשש שעות. בקרב נפלו רב"ט עילי עזר, סא"ל סהר ציון מחלוף, רס"ן עידו יהושע וסרן רום שלומי, ונפצעו שבעה נוספים, ובצומת הכניסה לבסיס נפל חייל נוסף ונרצח אביו האזרח.

הדו"ח מתאר את התפתחות הלחימה: עם תחילת התקיפה, ב-06:29, ננקטו צעדי הגנה ראשונים במחנה רעים (בדיקת שומרים, הנחיות למיגון) .כוחות גששים ניתקלו באזרחים פצועים, העניקו להם טיפול רפואי ראשוני ואף הכניסו אותם לשטח המחנה. במקביל חייל במפקדת האוגדה ששהה במסיבת הנובה הגיע למחנה עם שניים מחבריו. הם נכנסו למיגונית במפקדת האוגדה, אך מסיבה שאינה ברורה, לאחר מספר דקות, החליטו לצאת משטח המחנה ונהרגו ברכבם על כביש 232.

חפ"ק הגששים החטיבתי זיהה מחבלים חמושים על אופנועים והחלו חילופי אש בהם נפגע סגן קצין הגששים החטיבתי. החפ"ק נסוג למחנה על מנת להתריע. גם חפ"ק הגששים האוגדתי הותקל על ידי מחבלים ושני החפ"קים חברו יחד להגנת הש"ג יחד עם הקצין התורן.

בשעה 07:15 החלו חילופי אש בין כ-13 קצינים וגששים מהאוגדה ומהחטיבה הדרומית שהגנו על הש"ג לבין כ-30 מחבלים. מערכת הכריזה לא פעלה, דבר שפגע בגיוס נושאי הנשק במחנה. בזכות לחימה נמרצת, נמנעה חדירת המחבלים דרך הש"ג. עם זאת,  ב-07:35 חייל ואביו נהרגו בעת שהגיעו לבסיס ונתקלו במארב מחבלים.

בין השעות 7:45 ל-9:00 הצליחו מחבלים לחדור לבסיס דרך פרצה בגדר, והחלה לחימה בתוך מתחם המגורים. בעקבות הירי בבסיס התפצל הכוח בש"ג והחלה לחימה בשטח המחנה. רב"ט עילי עזר נהרג תוך הדיפת מחבל בשטח המגורים. מג"ד התקשוב, סא"ל סהר ציון מחלוף, נהרג בלחימה תוך ניסיון לחלץ חיילים. המחבלים השחיתו את המרפאה, בית הכנסת והשק"ם, אך לא הצליחו לפגוע ב-25 תצפיתניות שהתמגנו וב-20 אזרחים שברחו ממסיבת הנובה והסתתרו במועדון הגששים, בזכות הלחימה העיקשת שניהלו הלוחמים.

בשעה 10:18 נחת באיזור כוח מיחידת שלדג והצטרף ללחימה תוך ניהול קרב קשה מול מחבלים שהתבצרו באולם הספורט ובאודיטוריום.  רס"ן עידו יהושע וסרן רום שלומי נפלו בקרב תוך גבורה רבה. בשלב זה, החלו המחבלים לסגת דרך פרצה בגדר המערבית של המחנה.

ב-12:30 הגיעו למחנה כוחות נוספים: יחידה 669 שביצעה חילוץ של שלושה לוחמים ושני אזרחים פצועים, וסיירת מטכ"ל שסייעו בטיהור המחנה ובסריקות מקיפות. במקביל בוצעו תקיפות מהאוויר בשטח המחנה בשעות אחר הצהרים בהכוונת הכוחות שבשטח.

התחקיר קבע כי צה"ל כשל בהגנת המחנה לאחר הכנה חסרה של משרתי המחנה לתרחיש של מתקפת טרור עצימה; היעדר כשירות למיגון ולתשתיות ההגנה במחנה לצד אקלים ותרבות מבצעית 'עורפית' במחנה קידמי ומבצעי, עם אחוז נושאי נשק נמוך חדירות גבוהה מבחינת ביטחון מידע, ותשתיות תקולות לרבות מערכות כריזה, מצלמות היקפיות וגדר אינדוקטיבית.

התחקיר מצא כי התנהלות מהירה של חפ"קים וגששים הצליחה לבלום את החדירה הראשונית דרך הש"ג, אולם פרצות בגדר אפשרו חדירה למחנה דבר שהפך את הלחימה לקשה ואינטנסיבית. התחקיר ציין כי לוחמים נהרגו בקרב תוך גילוי תעוזה והקרבה עצמית – לרבות תוך הגנה על אזרחים. פעולות הלוחמים וההגנה מנעו טבח רחב יותר במחנה והובילו לבסוף לנסיגת המחבלים. עם זאת מצא ליקויים בניהול הפיקוד והשליטה בלחימה. לסיכום חידד התחקיר כי הכשירות הירודה של כוח הגנת המחנה של מחנה רעים היא הפרט שמעיד על הכלל" וכי נדרש שינוי תודעתי ומבצעי לגבי כלל מחנות החט"מרים והאוגמ"רים בקרבת הגבולות.