Buổi tối ngày 4 thán 9, các vận động viên Israel vừa có buổi đi chơi bên ngoài, xem một cuộc trình diễn Fiddler on the Roof và ăn tối với ngôi sao trong vở diễn, nghệ sĩ người Israel Shmuel Rodensky, trước khi quay về Làng Olympic.[14] Trên chuyến xe buýt trở về, Lalkin từ chối cho phép cậu con trai 13 tuổi, vốn đã làm quen với vận động viên cử tạ Yossef Romano và đô vật Eliezer Halfin, được ở qua đêm trong căn hộ của họ — một sự từ chối vô tình có lẽ đã giúp cậu bé giữ được tính mạng.[15] Lúc 4:30 sáng giờ địa phương ngày 5 tháng 9, khi các vận động viên đang ngủ, tám thành viên tháng 9 Đen mặc quần áo trùm rộng mang theo các túi đồ đựng súng tấn công AKM, súng lục Tokarev pistols, và lựu đạn trèo qua hàng rào cao hai mét với sự giúp đỡ của những vận động viên không hề nghi ngờ họ là những kẻ đột nhập vào Làng Olympic. Các vận động viên này ban đầu bị xác định là người Mỹ, nhưng nhiều thập kỷ sau đã được xác định là người Canada.[16] Khi đã vào trong, họ dùng chìa khóa ăn trộm để vào hai tòa nhà nơi đội tuyển Israel đang ở tại 31 Connollystraße.

Yossef Gutfreund, một trọng tài môn vật, bị đánh thức bởi một âm thanh như tiếng cào nhẹ vào cánh cửa Căn hộ 1, nơi các huấn luyện viên và quan chức đoàn Israel ở. Khi tới xem, ông thấy cánh cửa bắt đầu mở và những người đàn ông đeo mặt nạ mang súng đứng phía bên kia. Ông hét lên cảnh báo cho những bạn cùng phòng và dùng thân mình nặng tới 300 lb. (135 kg) để chắn cửa trong cố gắng vô ích chặn những kẻ xâm nhập bước vào. Hành động của Gutfreund giúp người bạn cùng phòng của ông, huấn luyện viên cử tạ Tuvia Sokolovsky, có đủ thời gian đập vỡ một cánh cửa sổ và thoát ra. Huấn luyện viên vật Moshe Weinberg đánh nhau với những kẻ đột nhập. Ông bị bắn xuyên má và sau đó bị buộc phải giúp những kẻ đột nhập tìm thêm các con tin khác. Dẫn những kẻ đột nhập qua Căn hộ 2, Weinberg nói dối với họ rằng những người sống trong đó không phải người Israel. Thay vào đó, Weinberg dẫn chúng tới Căn hộ 3, nơi các tay súng bắt được sáu vận động viên vật và cử tạ khác làm con tin. Có lẽ Weinberg hy vọng rằng những vận động viên khỏe mạnh này sẽ có cơ hội lớn hơn trong việc chống trả những kẻ tấn công, nhưng tất cả họ đều bị bất ngờ vì còn đang ngủ.[17]

Khi những vận động viên từ Căn hộ 3 bị đưa về căn hộ của các huấn luyện viên, Weinberg đang bị thương một lần nữa lại tấn công những tay súng, cho phép một trong những vận động viên vật, Gad Tsobari, bỏ chạy qua gara ngầm dưới đất.[18] Weinberg vạm vỡ hạ bất tỉnh một kẻ đột nhập và chém tên kia bằng một con dao gọt hoa quả trước khi bị bắn chết. Vận động viên cử tạ Yossef Romano, một cựu chiến binh trong cuộc chiến tranh sáu ngày, cũng tấn công và làm bị thương một trong những kẻ đột nhập trước khi bị bắn chết.

Các tay súng còn lại với chín con tin. Gồm, ngoài Gutfreund, huấn luyện viên bắn súng Kehat Shorr, huấn luyện viên điền kinh Amitzur Shapira, trưởng bộ môn đánh kiếm Andre Spitzer, trọng tài môn cử tạ Yakov Springer, các vận động viên vật Eliezer Halfin và Mark Slavin, và các vận động viên cử tạ David Berger và Ze'ev Friedman. Berger là một người Mỹ có hai quốc tịch; Slavin, 18 tuổi con tin trẻ nhất, chỉ mới tới Israel từ Liên Xô bốn tháng trước khi Olympics bắt đầu. Về thể chất Gutfreund là người to lớn nhất trong các con tin, bị trói vào một chiếc ghế (Groussard miêu tả ông bị trói giống như một xác ướp); những người còn lại được xếp thành hai hàng bốn người trên hai chiếc giường trong phòng của Springer và Shapira, và bị trói ở cổ tay và khuỷu tay rồi lại bị trói vào nhau. Thân thể bị bắn của Romano bị bỏ dưới chân các đồng đội của mình để đe dọa.

Trong số các thành viên đoàn Israel, Giáo sư Shaul Ladany môn đi bộ đã tỉnh giấc trong Căn hộ 2 bởi những tiếng thét của Gutfreund và trốn thoát bằng cách nhảy qua ban công sau đó chạy qua sân sau tòa nhà. Bốn người khác trong Căn hộ 2 (các xạ thủ Henry Hershkowitz và Zelig Stroch, và các vận động viên đấu kiếm Dan Alon và Yehuda Weisenstein), cùng Trưởng đoàn Shmuel Lalkin cùng hai bác sĩ, đã trốn được và sau đó chạy thoát khỏi tòa nhà. Hai thành viên nữ trong đội tuyển Olympic Israel, vận động viên chạy nước rút và vận động viên chạy vượt rào Esther Shahamorov và vận động viên bơi lội Shlomit Nir, được bố trí ở nơi khác trong Làng Olympic. Ba thành viên khác của đội tuyển Olympic Israel, hai thủy thủ và huấn luyện viên của họ trú tại Kiel, 550 dặm (900 km) từ Munich.

Những kẻ giết người sau đó thông báo chúng là một bộ phận của fedayeen Palestine từ các trại tị nạn ở Liban, Syria, và Jordan. Chúng được xác định gồm Luttif Afif (Issa), chỉ huy (ba trong các anh em của Issa được cho là các thành viên của tháng 9 Đen, hai trong số đó đang ở trong các nhà tù của Israel), phó chỉ huy Yusuf Nazzal (Tony), và các thành viên khác Afif Ahmed Hamid (Paolo), Khalid Jawad (Salah), Ahmed Chic Thaa (Abu Halla), Mohammed Safady (Badran), Adnan Al-Gashey (Denawi), và anh/em họ của hắn Jamal Al-Gashey (Samir). Theo tác giả Simon Reeve, Afif, Nazzal và một trong những kẻ đồng mưu đều đã làm việc trong nhiều cơ sở trong Làng Olympic, và đã bỏ vài tuần trinh sát mục tiêu của chúng. Một thành viên của đoàn Olympic Uruguay, cùng sống trong tòa nhà với những người Israel, tuyên bố đã thấy Nazzal bên trong 31 Connollystraße chưa tới 23 giờ trước vụ tấn công, nhưng lúc đó hắn được coi là một công nhân trong làng. Các thành viên khác trong nhóm vào Munich bằng tàu hỏa và máy bay vài ngày trước vụ tấn công. Tất cả các thành viên của đội tuyển Olympic Uruguay và Hồng Kông, cùng ở chung tòa nhà với những người Israel, được thả và không bị thương tích gì trong vụ việc.