Chính sách cai trị đầy bất ổn của Sigismund đã dẫn vụ ám sát ông vào năm 1620. Nó xảy ra vào Chủ nhật, lúc 9 giờ sáng ngày 16/11/1620, khi vị vua đã đến tham dự Thánh lễ trong Thánh đường St. John ở Warsaw. Ông đi tản bộ trên một chiếc cầu bằng gỗ kết nối lâu đài Hoàng gia với ngôi thánh đường. Khi đám rước hoàng gia đã đến cuối cầu, sát thủ đứng ẩn sau cửa sổ là viên quý tộc Michał Piekarski bất ngờ nhảy ra và đâm 2 nhát, một nhát ở sau lưng và sau đó trong má. Cuộc tấn công bị thất bại vì các vệ sĩ hoàng gia sau đó đã nhanh chóng bắt giữ thủ phạm. Ngay sau khi cuộc tấn công, Sigismund nằm sóng soài mặt đất, nhợt nhạt và vô hồn, và từ nhà thờ linh mục Kobierzycki bắt đầu rên rỉ và hét lên - ông đã nhìn thấy cuộc tấn công từ cửa sổ kính màu của ngôi thánh đường. Một nhóm người dân sau đó đã ào đến xem vụ ám sát khiến nhà vua ngất xỉu tại chỗ. Các lính canh ngay lập tức đưa nhà vua đến gặp bác sĩ và sau khi khám bệnh, các vết thương đã chứng minh là vô hại. Vài phút sau, tâm trạng hoảng loạn bao trùm lên nhân dân thủ đô và một số người sợ rằng nhà vua có thể sẽ chết. Ban đầu người ta nghĩ rằng thủ đô đã bị xâm chiếm bởi những người Hồi giáo Tatars hoặc ít nhất là do gián điệp của họ[15]

Vụ ám sát này nhanh chóng xuất hiện trên các mặt báo và sách vở, nhất là Market Square. Tờ báo này ra 5 số viết về vụ ám sát, trong đó có ghi nhận rằng sát thủ Michał Piekarski, luôn được xã hội coi là một kẻ kỳ quái, u sầu, không kiềm chế trong việc làm (khi còn là đứa trẻ bị tổn thương đầu và não - đây có thể là nguyên nhân gây ra bệnh tâm thần của hắn ta). Trước đó, hắn đã giết người nấu ăn hoàng gia và giết chết hoặc làm bị thương nhiều người từ triều đình. Chịu ảnh hưởng bởi vụ ám sát thành công vua Henri IV của Pháp nên hắn quyết định ám sát Sigismund, đơn giản là vì danh vọng. Tại phiên tòa, hắn nhanh chóng phủ nhận tội ác và bị hành hình theo hình thức giống hệt như François Ravaillac (kẻ giết nhà vua Pháp) vào ngày 26 tháng 11 năm 1620 tại Warsaw, trong một khu vực tra tấn được gọi là Piekiełko (nơi quỷ ám hay nơi Quỷ dữ)