20 июля 1944 года на заседании военного совета в ставке «Вольфшанце» («Волчье логово») должен был обсуждаться вопрос о вооружении дивизий «народных гренадеров» (ополченцев). В связи с этим на заседание прибыл занимавшийся формированием этих дивизий полковник граф фон Штауффенберг. Вместе с ним явились в ставку также входившие в заговорщическую организацию начальник связи германской армии генерал Фелльгибель и обер-лейтенант Хефтер.

Когда началось заседание Военного совета, Фелльгибель и Хефтер остались в узле связи якобы для разговора с Берлином, а Штауффенберг прошел в зал заседаний. Так как его вопрос стоял не первым на повестке дня, Штауффенберг попросил разрешения выйти на несколько минут в узел связи и оставил свой портфель на полу, у ножки стола. В портфеле находилось взрывное устройство, часовой механизм которого Штауффенберг незаметно запустил перед заседанием.

Гитлер рассматривал развернутые на столе карты и слушал доклады генералов о положении на фронтах. В тот момент, когда он подошел к середине огромного стола, поближе к карте Центрального фронта, у правой стороны стола, где лежал портфель Штауффенберга, прогремел взрыв. Адъютант Гитлера Гюнше и майор Ион, стоявшие у окон, были выброшены силой взрыва наружу вместе с оконными рамами. Стенографу Бергеру оторвало обе ноги. Генералы Шмундт, Кортен и полковник Брандт получили тяжелые ожоги, от которых вскоре умерли.

Гитлер продолжал стоять за столом. Взрывной волной его брюки были разорваны в клочья. Он был в состоянии такого нервного шока, что не мог идти, и два охранника с трудом довели его до бункера, прикрывая сзади уцелевшими остатками стратегической карты.

Услышав звук взрыва, Штауффенберг, Фелльгибель и Хефтер вскочили в автомобиль и умчались на аэродром, не узнав результатов покушения, они направились в Берлин.

Когда в ставке после взрыва выяснилось, что Гитлер не пострадал, в «Волчьем логове» стали искать того, кто заложил бомбу. Поиски быстро дали результат. Шофер, отвозивший Штауффенберга и его ординарца на аэродром, заметил, что полковник выбросил в окно сверток, и доложил об этом службе безопасности. Сверток нашли, это оказался второй взрывпакет, который Штауффенбергу не удалось снабдить взрывателем. Гитлер и его подручные теперь знали имя своего главного врага.

А в это время в штабе сухопутных войск на улице Бендлер события разворачивались стремительно. Штауффенберг и Гефтен вместе с генерал-полковником Беком и другими заговорщиками пошли к Фромму и потребовали подписать план «Валькирия». Фромм, знавший уже про неудавшееся покушение, отказался, тогда его арестовали и заперли в соседней комнате. Место командующего занял один из заговорщиков, генерал-полковник Гёпнер, уволенный Гитлером из армии в 1942 году за отказ выполнить приказ, который генерал считал неправильным.

Штауффенберг не отходил от телефона, убеждая командиров частей и соединений, что фюрер мертв, и призывая выполнять приказы нового руководства – генерал-полковника Бека и генерал-фельдмаршала Вицлебена. Соответствующие депеши были посланы и в войска за рубежом. В Вене и Праге тотчас приступили к выполнению плана «Валькирия». В Париже указание из Берлина восприняли особенно серьезно: там арестовали около 1200 эсэсовцев и сотрудников других служб безопасности.

Однако это был последний успех заговорщиков, больше ничего добиться не удалось: слишком неуверенно и хаотично они действовали. Многое из того, что было запланировано, в спешке просто забылось. Не были взяты под контроль правительственные здания в Берлине, прежде всего Министерство пропаганды, имперская канцелярия, главное управление имперской безопасности. Осталась незанятой радиостанция. Планировалось, что генерал Линдеманн должен был зачитать по радио обращение восставших к немецкому народу. Но в суматохе, царившей в здании на улице Бендлер, никто не догадался передать ему условный сигнал начать передачу.