En kvinna klev ur bilen och en okänd man hoppade in och tog bilen.
Polisen sa att det hände vid Boucher Crescent i södra Belfast omkring 17:25 GMT.
Folk lyckades stoppa bilen, men mannen flydde till fots.
En kort tid senare blev en man i 30-årsåldern arresterad och kvar i häktet. De två barnen var oskadda.
En man har gripits efter att en bil stulits med två små barn där inne.