Cuối tháng 9, 1943, Stauffenberg trở lại Berlin với quân hàm trung tá và làm chánh văn phòng cho Tướng Friedrich Olbricht, Cục trưởng Tổng hợp – Thanh tra Lục quân. Chẳng bao lâu sau, ông thực tập kích hoạt bom bằng một cái kềm trên ba ngón tay. Tố chất năng động, đầu óc sáng tỏ, và tài ba của ông thổi một luồng sinh khí mới cho nhóm âm mưu. Ông cũng có ý tưởng khác lạ, vì bản thân không hài lòng với loại hình chế độ ù lì, bảo thủ, vô vị mà các nhà lãnh đạo phong trào chống đối trù định sau khi đã lật đổ Quốc xã. Có óc thực dụng hơn bạn bè, ông muốn chế độ dân chủ xã hội năng động.

Ông cũng thành công đối với phần đông giới quân sự. Ngoài Olbricht, còn có cấp trên của ông: Tướng Stieff, Cục trưởng Cục nhân lực của Bộ Tư lệnh Lục quân; Tướng Eduard Wagner, Cục trưởng Hậu cần Lục quân; Tướng Erich Fellgiebel, Cục trưởng Thông tin thuộc Bộ tư lệnh Lục quân; Tướng Fritz Lindemann, Cục trưởng Quân cụ; Tướng Paul von Hase, Tư lệnh Quân khu Berlin (người sẽ điều động quân chiếm lấy Berlin); và Đại tá Freiherr von Roenne, Trưởng phòng Quân đội Nước ngoài. Có hai hoặc ba vị tướng chủ chốt, nhất là Tư lệnh quân dự bị Friedrich Fromm, có tính khí bất thường.

Tại Berlin, Stauffenberg và bạn hữu của ông đã hoàn tất một phương án có tên "Walküre." Đấy là một cái tên thích hợp, vì trong huyền thoại Đức Walküre là chiến binh phụ nữ, trẻ đẹp nhưng gây kinh hoàng, bay lơ lửng trên vùng chiến địa mà chọn đối thủ để tiêu diệt. Trong trường hợp này, kẻ cần bị tiêu diệt là Adolf Hitler. Đô đốc Wilhelm Canaris đã đề xuất ý niệm Walküre cho Hitler, trong phương án giao cho lực lượng Dân quân nhiệm vụ giữ gìn an ninh tại Berlin và những thành phố lớn khác để ngăn chặn hàng triệu công nhân nô lệ nước ngoài nổi loạn. Việc nổi loạn như thế hầu như là bất khả thi, vì công nhân nước ngoài không có vũ khí trong tay và thiếu tổ chức. Nhưng trong đầu óc đa nghi của Hitler thì ở đâu cũng có hiểm họa. Trong khi người khỏe mạnh đang chinh chiến trên mặt trận hoặc đang chiếm đóng những vùng đất xa xôi, Hitler thuận theo ý tưởng là nên giao cho lực lượng dự bị nhiệm vụ bảo vệ an ninh quốc nội chống lại đám công nhân nô lệ đầy bất mãn. Thế là, Phương án Walküre trở thành một lớp vỏ bọc hoàn hảo cho nhóm âm mưu trong quân đội, cho phép họ công khai sắp đặt những phương án để quân dự bị chiếm lấy thủ đô và những thành phố lớn như Viên, München và Köln ngay sau khi đã ám sát được Hitler.

Stauffenberg nhấn mạnh yếu tố thời gian để nắm quyền kiểm soát thủ đô. Hai tiếng đồng hồ đầu sẽ là gay cấn nhất. Trong khoảng thời gian ngắn này, Quân đội phải chiếm đóng trung tâm phát sóng toàn quốc và hai đài truyền thanh của thành phố, các trung tâm điện tín và điện thoại, Phủ Thủ tướng, các bộ và tổng hành dinh của SS-Mật vụ. Phải bắt giữ Bộ trưởng Tuyên truyền Joseph Göbbels, nhân vật Quốc xã hàng đầu ít khi rời khỏi Berlin, cùng với những sĩ quan SS. Cùng lúc, ngay sau khi hạ sát Hitler, phải cô lập tổng hành dinh Rastenburg hầu ngăn chặn bất kỳ ai chiếm lấy và huy động cảnh sát hoặc quân đội tiếp tục ủng hộ chế độ Quốc xã. Tướng Cục trưởng Thông tin Fellgiebel, đóng bản doanh gần tổng hành dinh của Hitler, được chỉ định thực hiện nhiệm vụ này.

Chỉ khi ấy, sau khi những nhiệm vụ kể trên đã được hoàn tất trong vòng vài tiếng đồng hồ đầu tiên, mới truyền đi thông cáo qua sóng phát thanh, điện tín và điện thoại đến các chỉ huy lực lượng quân đội ở những thành phố khác, đến các tướng lĩnh chỉ huy mặt trận và vùng chiếm đóng, cho biết Hitler đã chết và một chính phủ mới chống Quốc xã đã được thành lập ở Berlin. Cuộc đảo chính sẽ xong xuôi trong vòng 24 giờ, và chính phủ mới sẽ được yên vị. Nếu không làm đúng kế hoạch như thế, những tướng lĩnh còn hoang mang có thể suy đi nghĩ lại. Hermann Göring (Tư lệnh Không quân) và Heinrich Himmler (Lãnh tụ Lực lượng SS, Chỉ huy trưởng Cảnh sát Đức) sẽ có thể huy động họ, và nội chiến có thể xảy ra. Khi ấy, các mặt trận sẽ lung lay, rồi không tránh khỏi hỗn loạn và sụp đổ.

Mọi chuyện đều tùy thuộc vào khả năng của nhóm âm mưu trong việc điều động lực lượng quân dự bị trong và chung quanh Berlin với tốc độ và năng lực ở mức cao nhất. Có một vấn đề gút mắc trong việc này: chỉ có Tướng Tư lệnh lực lượng dự bị Friedrich Fromm là người có thẩm quyền ra chỉ thị để triển khai Phương án Walküre. Trong trường hợp ông lưỡng lự vào thời điểm quyết định, người thay thế ông sẽ là Tướng Erich Hoepner, vị chỉ huy thiết giáp tài ba đã bị Hitler cách chức sau trận đánh ở Moskva năm 1941 và bị cấm mặc quân phục.

Stauffenberg và Tresckow soạn chỉ thị sẵn cho các tư lệnh quân khu nắm lấy quyền điều hành trên địa phương của họ, dập tắt đám SS, bắt giữ các nhân vật Quốc xã hàng đầu, chiếm lấy các trại tập trung. Còn có thêm những bản tuyên cáo với lời lẽ dứt khoát để vào thời điểm thích hợp gửi đến quân đội, dân Đức, báo đài. Vài bản tuyên cáo mang tên Beck với cương vị tân Tổng thống, một số bản khác mang tên Thống chế tân Tổng tham mưu trưởng Quân lực Job-Wilhelm von Witzleben và tân Thủ tướng Carl Goerdeler. Những bản chỉ thị và tuyên cáo này được giấu trong két sắt của Tướng Olbicht.

Thế là, các kế hoạch đã sẵn sàng từ cuối năm 1943. Nhưng trong nhiều tháng, nhóm âm mưu không làm được gì nhiều. Đến tháng 6/1944, họ thấy thời gian càng lúc càng cấp bách. Có một lý do: Mật vụ đang càng ngày càng thu hẹp mành lưới. Những vụ bắt bớ người âm mưu đang tăng từng tuần, và đã có nhiều cuộc hành quyết.