Gdy u Keitla trwało spotkanie, do „Wilczego Szańca” powrócił adiutant Stauffenberga por. Werner von Haeften. W tym momencie uwagę sierżanta Vogla ze sztabu feldmarszałka zwróciła owinięta płótnem paczka – von Haeften wyjaśnił mu, że pułkownik Stauffenberg będzie jej potrzebował podczas swego referatu u Führera.
Po zakończeniu spotkania z szefem Naczelnego Dowództwa Wehrmachtu Stauffenberg miał zaledwie kilka minut na uzbrojenie bomby. Zapytał adiutanta Keitla gdzie mógłby się odświeżyć i zmienić koszulę przed wzięciem udziału w naradzie sytuacyjnej. Gdy zaczerpnął informacji, wraz z Haeftenem, który niósł aktówkę z bombą, udali się do małego pomieszczenia. Tutaj natychmiast zabrali się do ustawiania zapalników czasowych w dwóch ładunkach. Stauffenberg ustawił pierwszy ładunek, mający wybuchnąć maksymalnie po 30 minutach, lecz przez wysoką temperaturę bardziej prawdopodobny był kwadrans.
Zanim udało im się uzbroić drugi ładunek zadzwonił gen. Erich Fellgiebel (szef łączności, który miał odciąć łączność w kwaterze głównej Führera po dokonanym zamachu), prosząc o rozmowę ze Stauffenbergiem. Po zamachowca posłano sierżanta Vogla, który zastał go wraz z adiunktem nad jakimś przedmiotem. Na wiadomość o telefonie pułkownik odparł niecierpliwie, że już idzie.
Przez ten incydent Stauffenberg zabrał ze sobą tylko jeden uzbrojony ładunek (drugi wziął von Haeften). Był to, jak się później okaże, zasadniczy błąd, albowiem nawet bez ustawionego zapalnika druga bomba zostałaby zdetonowana przez eksplozję pierwszej i efekt wybuchu byłby dwa razy większy, co prawdopodobnie zabiłoby wszystkich przebywających w baraku.
Obrady już trwały, gdy wpuszczono Stauffenberga. Aktualnie słuchano raportu gen. bryg. Adolfa Heusingera o pogarszającej się sytuacji na froncie wschodnim. Hitler obejrzał się i podał nowemu gościowi dłoń, a następnie powrócił do dalszego wysłuchiwania referenta. Stauffenbergowi zależało przede wszystkim na zajęciu miejsca jak najbliżej Hitlera, co mógł łatwo umotywować swoim kalectwem oraz potrzebą posiadania papierów pod ręką przy referowaniu raportu o stworzeniu kilku nowych dywizji z Armii Rezerwowej, które zostałyby włączone do pomocy w powstrzymaniu radzieckiego natarcia na Polskę i Prusy Wschodnie.
Miejsce znalazło się za generałem Heusingerem, który w ten sposób znalazł się między nim a Hitlerem. Teczka z bombą umieszczona została pod stołem, po zewnętrznej stronie prawej nogi. Po chwili Stauffenberg poprosił o zgodę na opuszczenie pomieszczenia, aby mógł wykonać jeszcze jeden telefon. Nie było to dla zgromadzonych podejrzanym zachowaniem, albowiem za rzecz normalną uchodziło wchodzenie i wychodzenie w czasie narad.
Równolegle Haeften starał się załatwić samochód, który miał obu zawieźć na pobliskie lotnisko. Dla sprawienia wrażenia o szybkości powrotu Stauffenberg zostawił na miejscu narady pas oraz czapkę i opuszczając barak udał się w kierunku adiutantury Wehrmachtu, gdzie spotkał się z Haeftenem, Fellgieblem oraz oficerem łączności Sanderem. Tutaj oczekiwali na zorganizowany pojazd, kiedy nagle usłyszeli eksplozję (około 12:45). Sander nie był zaskoczony – w końcu cały Wilczy Szaniec otoczony był pasem min, na które wchodziły co jakiś czas zwierzęta, detonując je. W pierwszych sekundach inni także nie byli zaskoczeni. Jak opisywał to wydarzenie Alfons Schultz, ówczesny telefonista:
Gdy przygotowywaliśmy się do obiadu, nastąpił nagle jakiś wybuch. To zresztą nie było nic szczególnego, gdyż w obrębie Kwatery Głównej był zaminowany pas ziemi i zdarzało się, że weszła tam jakaś sarna i wszystko wylatywało w powietrze. Poza tym pracowali tu ludzie z Organizacji Todta, którzy prowadzili wtedy jeszcze jakąś przebudowę bunkra Führera i oni tez używali ładunków wybuchowych, tak że słabsze eksplozje były na porządku dnia i nie stanowiły niczego szczególnego. Ale tym razem jakieś dwie, trzy minuty później przybiegł wachmistrz Adam, wołając: „Zamach na Führera! Führer Żyje!”. Dopiero potem zaczął się alarm. (cyt. za: Alfons Schultz [w:] Guido Knopp, Zabić Hitlera, Warszawa 2009, s. 186).
Dopóki nie podniesiono alarmu, spiskowcom bez problemu udało się przekroczyć pierwszą bramę. Trudności pojawiły się, gdy na całym obszarze zaczął rozbrzmiewać alarm. Niemniej jednak telefon do oficera niewiedzącego jeszcze o dokonanym zamachu pozwolił opuścić im zewnętrzny obwód i z pośpiechem pojechać w kierunku lotniska. Po godzinie 13:00 lecieli już do Berlina z przekonaniem, że Hitler i wszyscy zebrani nie żyją.
Hitler nie zginął – był jedynie lekko ranny. Ogłuszonego Führera opuszczającego zniszczony barak podtrzymywał jego adiutant i służący. Ciężkich obrażeń doznali ci, którzy stali obok masywnego cokołu (to za jego pośrednictwem siła wybuchu poszła w jedną stronę). Hitlera w tym miejscu nie było: stał dalej, pochylony nad blatem stołu studiując mapę. Spośród dwudziestu czterech uczestników narady ciężko rannych zostało siedmiu, a czterech z nich (dwóch generałów, pułkownik i stenografista) zmarło później w wyniku odniesionych obrażeń.