Khoảng 6 giờ sáng ngày 20/7/1944, Đại tá Stauffenberg cùng Trung úy tùy tùng Werner von Haeften đi qua những tòa nhà đổ nát vì bom đạn ở Berlin để đến sân bay Rangsdorf. Trong chiếc cặp dày cộm là hồ sơ về những sư đoàn dự bị mà ông sẽ trình bày cho Lãnh tụ tại "Hang Sói" ở Rastenburg, Đông Phổ. Giữa các hồ sơ là một quả bom được bọc trong một chiếc áo sơ-mi. Đấy là kiểu bom của Anh, được kích hoạt bằng cách đập vỡ một cái ve nhỏ, khiến a-xít trong đấy ăn mòn một sợi dây kim loại nhỏ, làm một lò xo bung ra và đánh vào kíp nổ. Tùy thuộc kích cỡ sợi dây kim loại mà bom nổ nhanh hoặc chậm. Họ dùng một sợi dây kim loại nhỏ nhất, sẽ bị ăn mòn trong vòng 10 phút.

Tại sân bay, Stauffenberg gặp Tướng Stieff, người đã trao quả bom vào đêm trước. Chiếc máy bay chở họ là của Tướng Eduard Wagner, Cục trưởng Hậu cần Lục quân và là người cầm đầu âm mưu ám sát, được ông điều đến cho chuyến bay quan trọng này. Máy bay cất cánh lúc 7 giờ, đáp xuống Rastenburg vào khoảng 10 giờ. Haeften yêu cầu viên phi công sẵn sàng cất cánh trở về Berlin bất cứ lúc nào sau giữa trưa.

Một chiếc ô-tô đưa hai người về Hang Sói, được xây giữa một khu rừng rậm âm u, ẩm ướt ở Đông Phổ. Kiến trúc được xây với 3 vòng, mỗi vòng được bảo vệ bằng bãi mìn, công sự bê-tông ngầm, hàng rào dây điện, và binh sĩ SS cuồng tín tuần tra ngày lẫn đêm. Đấy là nơi chốn không dễ gì xâm nhập, hoặc thoát ra. Để được phép vào khu vực bên trong được phòng vệ cẩn mật, nơi Hitler làm việc và ăn ngủ, dù là tướng lĩnh cao cấp nhất vẫn cần một giấy đặc biệt cho phép chỉ một lần, rồi phải qua sự khám xét của Thiếu tướng SS Rattenhuber, chỉ huy an ninh dưới quyền Himmler, hoặc người phụ tá của Rattenhuber. Tuy nhiên, vì Hitler đã ra lệnh triệu Stauffenberg đến, ông và Haeften chỉ được khám xét qua loa. Sau khi dùng bữa điểm tâm với Đại úy von Müllendorf, phụ tá cho chỉ huy trưởng doanh trại, Stauffenberg đi tìm Tướng Fritz Fellgiebel, Cục trưởng Thông tin thuộc Bộ tư lệnh Lục quân.

Fellgiebel là một trong những người chủ chốt của kế hoạch ám sát Hitler. Stauffenberg phải đảm bảo Fellgiebel báo tin việc ám sát về Berlin để ở đây có thể động quân ngay. Rồi Fellgiebel phải cô lập tổng hành dinh Lãnh tụ bằng cách đóng mọi đường điện thoại, điện tín và thu phát sóng. Không ai có khả năng làm việc này bằng Cục trưởng Thông tin, và nhóm âm mưu cảm thấy may mắn có ông tham gia.

Sau khi đến gặp Tướng Buhke, đại diện Lục quân tại Bộ Tổng tham mưu, Stauffenberg đi đến khu vực của Tướng Keitel, dỡ mũ và thắt lưng treo lên tường trong gian tiền phòng rồi bước vào văn phòng của Keitel, Ở đây, ông được biết mình phải vội tiến hành nhanh chóng hơn là dự trù. Bây giờ đã là quá giữa trưa, và Keitel cho biết vì Mussolini sẽ đến bằng xe lửa lúc 2:30 giờ chiều, buổi họp với Lãnh tụ sẽ bắt đầu lúc 12:30 giờ thay vì 1 giờ. Keitel bảo Stauffenberg nên báo cáo nhanh gọn. Hitler muốn kết thúc sớm buổi họp.

Kết thúc trước khi bom nổ? Hẳn Stauffenberg đã nghĩ liệu một lần nữa định mệnh khiến ông phải thất bại hay không, và có lẽ thất bại ở cơ hội cuối cùng. Ông cũng mong lần này buổi họp với Hitler sẽ diễn ra trong boong-ke chìm dưới mặt đất, nơi quả bom sẽ có sức công phái vài lần mạnh hơn so với tầng trên. Nhưng Keitel cho biết buổi họp sẽ diễn ra trong phòng họp của doanh trại. Nhưng đấy không phải là doanh trại thông thường. Hitler đã ra lệnh xây thêm một bức tường bê-tông dày gần nửa mét để bảo vệ chống cháy và mảnh bom đạn. Bức tường này sẽ tăng sức công phá cho quả bom của Stauffenberg.

Một số tác giả cho biết những buổi họp quân sự hàng ngày của Hitler ở Hang Sói thường diễn ra trong boong-ke nằm dưới mặt đất và vì boong-ke này đang được sửa chữa, buổi họp này được chuyển đến phòng họp trên mặt đất, do đấy đã cứu mạng sống của Hitler. Việc này có lẽ không đúng. Phòng họp của doanh trại, như tên gọi, là nơi diễn ra những buổi họp hàng ngày. Chỉ trong trường hợp e ngại máy bay đến không kích mới dời buổi họp xuống boong-ke nằm dưới mặt đất.

Ít phút trước 12:30 giờ, Keitel bảo Stauffenberg phải đến phòng họp ngay kẻo muộn. Hai người vừa đi được ít bước thì Stauffenberg nói ông đã để quên mũ và thắt lưng trong gian tiền phòng, rồi lập tức đi trở lại. Keitel không có thời giờ để ra lệnh Trung úy tùy viên von John, lúc ấy đang đi kế bên, quay trở lại lấy mũ và thắt lưng cho khách.

Trong gian tiền phòng, Stauffenberg nhanh chóng mở chiếc cặp, cầm cái kềm giữa ba ngón tay để bấm vỡ cái ve. Chỉ trong vòng 10 phút quả bom sẽ nổ, trừ khi có khuyết điểm gì khác.

Vốn thích ăn hiếp kẻ dưới quyền tuy xu nịnh bề trên, Keitel tỏ ra nóng nảy vì sự chậm trễ, quay trở lại và lớn tiếng kêu Stauffenberg nên gấp rút. Ông nói họ đã bị muộn. Stauffenberg lên tiếng xin lỗi. Hẳn Keitel đã nhận ra rằng một người tàn tật như Stauffenberg mất nhiều thời gian hơn người thường để mang thắt lưng. Thái độ của Keitel hòa hoãn trở lại – hẳn ông không có ý nghi ngờ gì.

Đúng như Keitel nói, hai người đã bị muộn. Khi họ vừa bước qua cửa phòng họp, Stauffenberg dừng lại để báo cho thượng sĩ trực tổng đài điện thoại là ông đang chờ một cuộc gọi từ văn phòng ông ở Berlin để có thông tin mới nhất mang ra báo cáo trong buổi họp, và cần được thông báo ngay khi có cuộc gọi này. Ông nói thế là để cho Keitel nghe được. Việc này là bất thường: ngay cả một thống chế chỉ đi ra khỏi phòng họp với Lãnh tụ khi được sai khiến hoặc khi buổi họp đã chấm dứt, và chỉ đi ra sau khi Hitler đã bước ra. Nhưng Keitel không tỏ vẻ ngờ vực gì.

Hai người đi vào phòng họp. Khoảng 4 phút đã trôi qua kể từ khi Stauffenberg kích hoạt quả bom; còn 6 phút nữa. Phòng họp khá nhỏ, rộng chưa đến 5 mét và dài chưa đến 10 mét. Có nhiều cửa sổ mở, như thế sẽ làm giảm sức công phá của quả bom. Giữa phòng là một cái bàn hình chữ nhật khoảng 1,5 mét rộng và 5,5 mét dài. Đấy là cái bàn đóng theo kiểu đặc biệt, không có bốn chân nhưng tựa lên hai cái bệ ở hai đầu kéo dài gần hết chiều rộng. Kiểu bàn như thế sẽ tạo ảnh hưởng lên lịch sử sắp diễn ra.

Khi Stauffenberg bước vào, Hitler ngồi ở giữa chiều dài cái bàn, quay lưng về cánh cửa. Phía tay phải ông là Tướng Heusinger, Trưởng phòng Hành quân kiêm Tham mưu phó Lục quân; Tướng Korten, Tham mưu trưởng Không quân; và Đại tá Heinz Brandt, chỉ huy ban tham mưu dưới quyền Heusinger. Keitel đến đứng bên tay phải của Hitler, kế bên ông là Jodl. Có 18 sĩ quan khác của ba binh chủng và SS đứng chung quanh cái bàn, nhưng Göring và Himmler không có mặt. Chỉ có Hitler và hai người ghi tốc ký là ngồi. (Đài BBC, trong ngày tưởng niệm tròn 60 năm vụ ám sát 20/7/2004, liệt kê 25 người hiện diện.)

Heusinger đang báo cáo tình hình bi thảm trên mặt trận trung tâm ở Liên Xô và do đấy vị trí chông chênh của quân Đức kể cả ở hai mặt trận nam và bắc. Keitel chen vào để thông báo sự hiện diện của Đại tá von Stauffenberg và mục đích của ông này. Hitler ngước lên nhìn anh đại tá cụt một bàn tay, một bên mắt được che kín, chào hỏi một cách cụt lủn, rồi nói ông muốn nghe Heusinger báo cáo cho xong trước rồi mới nghe Stauffenberg báo cáo.

Stauffenberg đến đứng giữa Korten và Brandt gần cái bàn, cách Hitler vài bước bên tay phải ông này. Ông đặt chiếc cặp trên mặt sàn, đẩy vào dưới bàn cho dựa vào mặt trong của cái bệ, chỉ cách chân của Hitler 2 mét. Bây giờ là 12:37 giờ. Còn 5 phút nữa. Heusinger tiếp tục báo cáo, liên tục chỉ xuống tấm bản đồ trải trên mặt bàn. Hitler và những người khác luôn nghiêng người xuống để xem tấm bản đồ.

Dường như không ai để ý khi Stauffenberg lẻn ra ngoài. Có lẽ ngoại trừ Brandt. Ông này chăm chú nghe Heusinger báo cáo đến nỗi ông xê dịch đến gần để nhìn rõ hơn, bị vướng chiếc cặp dày cộm của Stauffenberg, cố dùng một chân đẩy nó qua một bên, rồi cúi xuống dùng tay nhấc chiếc cặp lên và đặt xuống mặt ngoài của cái bệ. Vì thế, cái bệ che chắn giữa quả bom và Hitler. Động thái đơn giản của Brandt có lẽ đã cứu sống Hitler, nhưng khiến cho Brandt phải chết. Ông không hề biết rằng đấy là quả bom mà ông vô tình đẩy ra bên ngoài cái kệ, tránh xa khỏi Hitler.

Với nhiệm vụ báo hiệu cho Stauffenberg bắt đầu báo cáo, Keitel nhìn đến nơi Stauffenberg đã đứng ít phút trước. Heusinger báo cáo đã gần xong, và Keitel muốn ra hiệu cho Stauffenberg biết để bắt đầu báo cáo tiếp nối. Có lẽ Stauffenberg cần có người phụ giúp lấy tài liệu ra khỏi chiếc cặp. Nhưng Keitel vô cùng phiền hà khi không thấy Stauffenberg ở đâu. Nhớ lại là Stauffenberg đã báo cho thượng sĩ trực tổng đài điện thoại, Keitel lén ra khỏi phòng họp để đi tìm anh đại tá có hành động kỳ lạ này.

Stauffenberg không có mặt nơi tổng đài điện thoại. Người thượng sĩ nói Stauffenberg đã vội vã đi ra ngoài. Keitel trở vào phòng họp với tâm trạng bối rối. Heusinger đang đi đến phần kết luận của bài báo cáo:

Quân Nga đã tiến công với lực lượng mạnh phía tây Duna và tiến về hướng bắc. Mũi nhọn của họ đã đến đông-nam Dunaburg. Nếu tập đoàn quân của ta quanh Hồ Peipus không rút lui, một thảm họa

Đúng vào lúc này, 12:42 giờ, quả bom phát nổ.

Stauffenberg trông thấy những gì xảy ra kế tiếp. Ông đang đứng bên Tướng Fellgiebel trước văn phòng ông này ở Bong-ke 44 cách đấy gần 100 mét, lo lắng nhìn đồng hồ rồi nhìn về phía phòng họp. Ông thấy khói bốc lên rồi một ngọn lửa mà ông kể lại giống như một quả đạn pháo 155 li rơi xuống. Thân người bị ném ra khỏi khung cửa sổ; mảnh vụn bay tứ tung lên không trung. Stauffenberg phấn khích tin chắc rằng mọi người có mặt trong phòng họp đều đã chết hoặc đang hấp hối. Ông vội vàng từ giã Fellgiebel, trong khi ông này đang gọi điện cho báo nhóm âm mưu ở Berlin biết vụ ám sát đã thành công, rồi cắt hệ thống thông tin. Nhiều tác giả cho rằng vào lúc này, Fellgiebel đáng lẽ phải cho nổ trung tâm viễn thông, nhưng ông đã không làm việc này khiến gây hậu quả thảm khốc cho nhóm âm mưu. Vì lẽ nhiều trung tâm viễn thông khác nhau nằm trong những boong-ke rải rác dưới đất được binh sĩ SS phòng vệ cẩn mật, kế hoạch không thể nào đòi hỏi Fellgiebel phá hủy tất cả các trung tâm này. Fellgiebel chỉ đồng ý cắt đứt mạch viễn thông ra thế giới bên ngoài trong 2 hoặc 3 tiếng đồng hồ sau khi ông đã thông báo cho Berlin về vụ nổ bom. Ông đã làm được như thế tuy có vài thiếu sót.

Hành động kế tiếp của Stauffenberg là phải nhanh chóng thoát ra khỏi tổng hành dinh Rastenburg. Binh sĩ bảo vệ ở các chốt ra vào đã nghe tiếng nổ phát ra từ phòng họp của Hitler và lập tức phong tỏa mọi lối ra. Tại chốt thứ nhất, cách boong-ke của Fellgiebel vài mét, chiếc xe của Stauffenberg bị chặn lại. Ông nhảy ra khỏi xe và yêu cầu được nói chuyện với sĩ quan trực nhà bảo vệ. Với sự hiện diện của sĩ quan này, Stauffenberg gọi điện cho ai đấy – không rõ là ai – trao đổi ngắn gọn, gác máy rồi quay qua người sĩ quan, nói: "Trung úy, tôi được phép đi qua."

Đấy chỉ là trò tháu cáy, nhưng có hiệu quả. Sau khi người sĩ quan ghi vào sổ trực: "12:44 giờ, Đại tá Stauffenberg đi qua" rồi hiển nhiên gọi đến chốt gác thứ hai để cho xe của Stauffenberg đi qua. Tại chốt gác thứ ba thì khó khăn hơn. Ở đây, binh sĩ bảo vệ đã nhận lệnh báo động, hạ cổng xuống và tăng cường bảo vệ, không cho ai đi ra hoặc đi vào. Xe của Stauffenberg và Trung úy tùy tùng Haeften bị một thượng sĩ cứng đầu tên Kolbe chặn đường. Một lần nữa, Stauffenberg yêu cầu được sử dụng điện thoại và gọi cho Đại úy von Müllendorf, phụ tá cho chỉ huy trưởng của doanh trại. Ông phàn nàn rằng binh sĩ bảo vệ không cho ông đi qua "vì lý do vụ nổ. Tôi có việc gấp. Tướng Fromm đang đợi tôi ở sân bay." Đây cũng là trò tháu cáy: Stauffenberg biết rõ rằng Fromm đang ở Berlin.

Sau khi gác máy, Stauffenberg quay qua người thượng sĩ: "Ông nghe đấy, tôi được phép đi qua." Nhưng người thượng sĩ không chịu thua. Anh gọi điện cho Müllendorf để xin xác nhận. Đại úy Müllendorf xác nhận.

Sau đấy, chiếc xe chạy đến sân bay trong khi Trung úy Haeften vội vã tháo rời một quả bom khác đựng trong chiếc cặp của anh này, ném qua bên vệ đường, về sau được Mật vụ tìm thấy. (Có nguồn tin cho biết Stauffenberg đã định kích hoạt cả hai quả bom, nhưng vì bị Keitel thúc hối và sợ bị lộ, Stauffenberg chỉ có thời gian kích hoạt một quả bom.) Chỉ huy sân bay chưa nhận được lệnh báo động. Phi công đã nổ máy khi thấy hai người tiến đến. Trong vòng 1 hoặc 2 phút, chiếc máy bay cất cánh.

Bây giờ là ít phút sau 1 giờ trưa. Stauffenberg hẳn thấy ba tiếng đồng hồ kế tiếp là thời gian dài nhất trong đời ông. Trong khi chiếc máy bay hướng về Berlin, Stauffenberg không thể làm gì được. Máy bay của ông không có máy thu thanh tầm xa để bắt sóng từ Berlin mà ông hy vọng những người âm mưu đang loan báo tin phấn khởi trước khi ông hạ cánh. Và ông cũng không thể thông báo cho thân hữu ở thủ đô để phòng trường hợp Fellgiebel không liên lạc được với họ.