Tại London, chính phủ Tiệp Khắc lưu vong quyết tâm giết bằng được Heydrich. Jan Kubiš và Jozef Gabčík đứng đầu nhóm được chọn cho nhiệm vụ lần này, hai người được đào tạo bởi British Special Operations Executive (SOE). Họ trở về Vùng bảo hộ và nhảy dù từ một Handley Page Halifax vào ngày 28 tháng 12 năm 1941, rồi đến trú ẩn tại một nơi ẩn náu, chuẩn bị cho nhiệm vụ.[89]

Vào ngày 27 tháng 5 năm 1942, Heydrich lên kế hoạch gặp Hitler tại Berlin. Các tài liệu của Đức cho rằng Hitler có ý định chuyển ông đến khu vực Pháp được Đức chiếm đóng, nơi mà lực lượng kháng chiến Pháp đang dần giành được chỗ đứng.[90] Heydrich sẽ phải đi qua một đoạn nơi con đường Dresden-Praha giao nhau với một con đường đến cầu Troja. Ngã ba ở Libeň ngoại ô Praha rất thích hợp cho vụ tấn công vì người lái xe phải giảm tốc độ vì một khúc cua hẹp. Khi xe của Heydrich phải giảm tốc độ, Gabčík đã nhắm súng tiểu liên Sten vào Heydrich, nhưng nó bị kẹt và không bắn được. Thay vì tăng tốc, Heydrich ra lệnh cho tài xế của mình là Klein dừng lại và cố gắng đối đầu với Gabčík. Kubiš, người không bị Heydrich hay Klein phát hiện, đã ném một quả mìn chống tăng đã được cải tiến vào chiếc xe khi nó dừng lại, rơi xuống trúng bánh sau. Vụ nổ xé toạc tấm chắn bùn phía sau bên phải làm Heydrich bị thương. Những mảnh kim loại và sợi từ bọc ghế gây ra vết thương nghiêm trọng ở bên trái của Heydrich. Ông bị thương nặng ở cơ hoành, lá lách và một bên phổi, cũng như xương sườn bị gãy. Kubiš cũng đã phải nhận một vết thương mảnh bom nhỏ vào mặt.[91][92] Sau khi Kubiš bỏ trốn, Heydrich ra lệnh cho Klein đuổi theo Gabčík bằng chân. Gabčík đã dùng súng bắn Klein vào chân, trước khi tẩu thoát.[93][94]

Một người phụ nữ người Séc đã chạy đến cứu Heydrich và vẫy tay dừng một chiếc xe tải giao hàng. Heydrich được đặt nằm sấp ở phía sau xe và được đưa đi cấp cứu tại Bệnh viện Bulovka.[95] Một phẫu thuật cắt lách đã được thực hiện và vết thương ở ngực, phổi trái và cơ hoành đều bị vỡ.[95] Himmler ra lệnh cho Karl Gebhardt bay đến Praha để chăm sóc. Mặc dù bị sốt, sự phục hồi của Heydrich dường như tiến triển tốt. Bác sĩ riêng của Hitler, Theodor Morell đề nghị sử dụng thuốc kháng sinh mới sulfonamide, nhưng Gebhardt nghĩ rằng Heydrich sẽ phục hồi và từ chối đề nghị.[96] Heydrich đã chấp nhận với số phận của mình vào ngày 2 tháng 6, trong chuyến viếng thăm của Himmler, bằng cách đọc một trong những vở opera của cha mình:

Thế giới chỉ như một chiêc organ đường phố mà Đức Chúa trời đã hóa thành. Tất cả chúng ta phải nhảy theo giai điệu đã vang trên trống.[97]

Heydrich rơi vào tình trạng hôn mê vào ngày 3 tháng 6, một ngày sau chuyến thăm của Himmler và không bao giờ tỉnh lại. Ông mất vào ngày 4 tháng 6; khám nghiệm tử thi kết luận rằng ông chết vì nhiễm trùng huyết.[98]