Vào cuối tháng 6 1944, nhóm âm mưu có được cơ hội mới. Stauffenberg được thăng lên đại tá và nhận chức Tham mưu trưởng lực lượng tập đoàn quân quân dự bị dưới quyền Tướng Tư lệnh Fromm. Chức vụ này không những cho phép Stauffenberg ban hành chỉ thị cho lực lượng quân dự bị nhân danh Fromm, mà còn tạo cơ hội cho ông được tiếp cận Hitler. Thật vậy: Hitler thường triệu tập Tư lệnh quân dự bị hoặc người phụ tá đến tổng hành dinh mỗi tuần hai hoặc ba lần để báo cáo tình hình cung ứng quân thay thế cho những sư đoàn đang hứng chịu thiệt hại chiến trường. Stauffenberg dự tính đặt bom ở một trong những buổi họp như thế.

Stauffenberg bây giờ trở thành nhân vật chủ chốt trong âm mưu. Vì có thể xâm nhập tổng hành dinh của Hitler được canh phòng cẩn mật, ông mang trọng trách ám sát Hitler. Trên cương vị Tham mưu trưởng quân dự bị động viên, ông có thể điều động binh sĩ chiếm lấy Berlin, vì lẽ nhóm âm mưu không tin tưởng nơi Fromm. Và Stauffenberg phải thực hiện hai nhiệm vụ cùng một ngày ở hai nơi cách nhau gần 600 kilômét – giữa tổng hành dinh của Hitler lúc ấy ở Obersalzberg hoặc Rastenburg và Berlin. Giữa hành động thứ nhất và thứ nhì là khoảng thời gian 2 đến 3 tiếng đồng hồ khi ông ngồi trên máy bay từ tổng hành dinh của Hitler về Berlin. Trong thời gian này ông không thể làm được gì, nhưng hy vọng đồng chí của ông triển khai kế hoạch đã đề ra.

Cũng có những vấn đề khác. Một việc tưởng chừng phức tạp một cách không cần thiết lại nảy ra trong đầu nhóm âm mưu. Họ đi đến kết luận rằng giết một mình Hitler thì không đủ; cùng lúc phải giết cả Hermann Göring và Heinrich Himmler để đảm bảo những lực lượng dưới quyền hai người này không chống lại họ. Họ cũng nghĩ rằng khi hai phụ tá thân tín nhất của Hitler đã chết, các tướng lĩnh chỉ huy ở mặt trận đang lưỡng lự sẽ về phe với họ nhanh chóng hơn. Vì lẽ Göring và Himmler thường tham dự các buổi họp quân sự hàng ngày tại tổng hành dinh Lãnh tụ, họ nghĩ rằng sẽ không khó mà giết cả ba người với một quả bom. Quyết định này khiến cho Stauffenberg vuột mất hai cơ hội bằng vàng.

Stauffenberg được triệu đến Obersalzberg ngày 11 tháng 7 để báo cáo với Hitler về tình hình tuyển quân thay thế. Ông mang theo một quả bom kiểu Anh do Quân báo cung cấp. Nhóm âm mưu đã quyết định đây là thời điểm để hạ sát cả Hitler, Göring và Himmler. Nhưng vào ngày này, Himmler không có mặt trong buổi họp. Stauffenberg lẻn ra ngoài buổi họp một lúc, gọi điện cho Tướng Olbricht để báo cáo tình hình, nói rõ rằng mình vẫn có thể hạ sát Hitler và Göring. Olbricht nói nên đợi dịp khác để có thể hạ sát cả ba người. Đêm ấy, khi trở về Berlin, Stauffenberg gặp Beck và Olbricht, nói một cách cương quyết rằng lần kế tiếp ông phải cố hạ sát Hitler cho dù Göring và Himmler có mặt hay không. Tất cả đều đồng ý.

Lần kế tiếp đến nhanh. Stauffenberg nhận lệnh ngày kế đến báo cáo cho Lãnh tụ về tình hình tuyển quân ở tổng hành dinh "Hang Sói" ở Rastenburg. Ngày 15/7, Đại tá Stauffenberg bay đến tổng hành dinh Lãnh tụ với một quả bom trong chiếc cặp. Lần này, nhóm âm mưu tự tin sẽ thành công đến nỗi họ đồng ý rằng 2 tiếng đồng hồ trước buổi họp của Hitler – dự kiến lúc 1 giờ chiều – sẽ phát lệnh cho binh sĩ tiến vào Berlin và xe tăng của trường thiết giáp Krampnitz cũng chuyển bánh về thủ đô.

Lúc 11 giờ sáng Thứ Bảy, 15/7, Tướng Olbricht phát lệnh triển khai Phương án Walküre. Trước giữa trưa, binh sĩ tiến về hướng trung tâm thủ đô với lệnh chiếm lấy khu hành chính. Lúc 1 giờ xế chiều, với chiếc cặp trên tay Stauffenberg đi đến phòng họp của Lãnh tụ, báo cáo về tình hình tuyển quân, rồi xin phép ra ngoài, gọi điện cho Olbricht ở Berlin qua mật mã rằng Hitler có mặt, rằng ông sẽ trở lại buổi họp và kích hoạt quả bom. Olbricht cho biết binh sĩ ở Berlin đã được điều động. Xem dường rốt cuộc họ sẽ thành công. Nhưng khi Stauffenberg trở lại phòng họp, Hitler đã rời đi và không trở lại. Stauffenberg vội vã gọi điện cho Olbricht để thông báo tình hình mới. Olbricht hối hả bãi bỏ lệnh động quân, binh sĩ nhận lệnh quay trở về doanh trại một cách cách nhanh chóng và êm thấm nhất có thể được.

Nhóm âm mưu vẫn quyết tâm bằng bất cứ giá nào phải thi hành âm mưu ám sát Hitler và lật đổ chủ nghĩa Quốc xã. Stauffenberg đồng ý. Ông thề lần kế tiếp sẽ không thất bại nữa. Tướng Olbricht đã bị Keitel khiển trách về việc điều quân ở Berlin, thế nên cho biết ông không thể liều làm như thế nữa, kẻo cả âm mưu sẽ bị phát giác. Ông đã thoát được trong gang tấc bằng cách giải thích với Keitel và Fromm rằng đấy là cuộc tập trận. Nỗi e ngại động quân khi chưa nhận tin chắc chắn Hitler đã chết sẽ gây hậu quả thảm khốc vào ngày Thứ Năm tới.