Утром 20 июля Бертольд отвез брата в берлинский аэропорт Рангсдорф. На взлетной полосе в 7 часов они встретили адъютанта Штауффенберга лейтенанта фон Хефтена. Их ждал «Хейнкель-111» с прогретым уже мотором. Но взлететь мешал туман. Бертольд вынужден был уехать на службу в ОКМ. В 8 часов самолет наконец взлетел. Под шум моторов Штауффенберг дал последние инструкции. После двух с четвертью часов полета в турбулентности, пролетев над великолепными пейзажами Пруссии, большими площадями лесных угодий, над озерами и болотами, самолет приземлился в Растенбурге. Рубеж охраны № 2 преодолели беспрепятственно. Клаус и Хефтен позавтракали вместе с офицерами Ставки. Напряженные, как пружины, они с трудом перенесли сальные шутки нескольких генералов СС. Штауффенберг задумчиво молчал, Хефтен нервно перебирал аксельбанты. В 11 часов их провели за первый рубеж охраны к начальнику организационного управления генералу Бюхлю для короткого доклада. Штауффенберг отдал компрометирующий портфель адъютанту. В 11 часов 30 минут их отвели к Кейтелю для выработки общей позиции для доклада. Хефтен остался в приемной. Он аккуратно прижимал к груди бомбы. Как потом рассказал на допросе в гестапо молодой адъютант фельдфебель Фогель, возбуждение лейтенанта показалось ему подозрительным. И он спросил у него, все ли в порядке. Лейтенант ответил, что все нормально. На этом разговор закончился.

В зал совещаний Кейтеля прибыл адъютант Гитлера с плохой для заговорщиков новостью. Ежедневный доклад фюреру был перенесен на 12 часов 30 минут из-за внезапного приезда Муссолини на специальном поезде для обсуждения вопроса об усилении итальянского фронта. Времени для запуска взрывного механизма бомбы почти не оставалось.

Штауффенберг попросил разрешения выйти, чтобы освежиться и сменить рубашку. Порученец Кейтеля майор фон Фрейенд предложил ему сделать это в его кабинете. Хефтен последовал за своим начальником. Было уже 12 часов 25 минут. С максимально возможной быстротой Клаус распаковал бомбы. У него было на это всего несколько минут. Пока Хефтен помогал ему сменить рубашку — эту версию надо было отработать до конца, — он раздавил первый взрыватель с помощью клещей, специально приспособленных для его искалеченной руки, и воткнул взрыватель в пластиковую взрывчатку. Затем неловкими пальцами попытался проделать это со вторым взрывателем. Шло время. В дверь постучали. Это был Фогель. Майор фон Фрейенд послал его напомнить, что совещание должно было вот-вот начаться. За дверью нетерпеливо прохаживались Кейтель и Бюхль. Хафтен приоткрыл дверь и приказал унтер-офицеру не тревожить инвалида войны. Напряжение достигло предела. Руки Клауса дрожали. Ему никак не удавалось взвести второй взрыватель. Запотевшими пальцами он никак не мог удобно взяться за клещи. Без помощи Хефтена это было очень сложно сделать. Ему говорили, что достаточно было и одной бомбы. Пусть будет одна. Он быстро положил ее в портфель, а другую отдал Хефтену. Потом вышел к рассерженному Фрейенду, сказавшему ему: «Штауффенберг, да пойдемте же скорее, вы заставляете фюрера ждать». Желая помочь Клаусу, услужливый штабной офицер решил понести его портфель те 400 метров, которые оставалось пройти до зала совещаний. Штауффенберг пришел в ужас, но вынужден был согласиться. Свой драгоценный портфель он получил назад, когда вошел в бункер. Там он проявил твердость духа и попросил, чтобы его посадили поближе к Гитлеру. При этом сослался на частичную потерю слуха при ранении на фронте. Когда он вошел в зал, генерал Хойзингер докладывал обстановку на Восточном фронте. Фюрер и генерал Варлимонт бросили на него взгляды. Кейтель представил его, Фрейенд попросил какого-то генерала уступить место, чтобы поместить Клауса поближе к Гитлеру. От фюрера его отделял только генерал Хойзингер. Штауффенберг поставил портфель рядом с бетонной опорой массивного дубового стола для карт. Все было готово, оставалось только ждать взрыва. Этот человек — посланец судьбы все еще выглядел довольно бодро, хотя жизнь его висела на волоске. После окончания войны генерал Варлимонт так вспоминал об этой мимолетной встрече: «В кавалерийских бриджах штабного офицера с розовыми лампасами, в сапогах со шпорами, он был похож на вечного воителя. Я едва был знаком с ним, но когда увидел его там с черной повязкой на глазу, с искалеченной рукой в пустом рукаве […], то понял, что от него исходила спокойная горделивость, которая отличала элиту немецких офицеров». Было 12 часов 35 минут. Штауффенберг подал знак Фрейенду. Ему нужно было срочно связаться по телефону с генералом Фельгибелем. Он отошел от стола с картами. Какой-то офицер уселся на его место и отодвинул его портфель, чтобы поставить свой. Телефонист бункера соединил его с Фельгибелем. Как было условлено, Штауффенберг кашлянул в трубку и положил ее. Это был сигнал того, что покушение должно было состояться. Ничего никому не сказав, он устремился в комнату адъютантов, где его ожидал Хефтен. В спешке он забыл взять фуражку и пояс. Фельгибель последовал за ним. Они были уже в 200 метрах от зала совещаний, когда раздался взрыв. Внутри первого кольца охраны поднялась паника. Крышу бункера снесло. Из окон вырвалось пламя. Эсэсовцы бросились к бункеру и вытащили оттуда какого-то человека в габардиновом мундире фюрера. Штауффенберг был потрясен. Ему показалось, что он узнал фюрера. Дело было сделано. Он это смог. Тиран был мертв. Фельгибель устремился в штаб войск связи, чтобы отрезать телефонную связь с внешним миром. Клаус с Хефтеном вскочили в ожидавшую их машину. На подножках они доехали до южных ворот зоны охраны № 1. Но уже была объявлена тревога. Никто не мог покинуть территорию. Штауффенберг вышел из машины, выпрямил спину. И властным голосом приказал поднять шлагбаум: «По специальному приказу фюрера!» Это произвело впечатление на унтер-офицера, и тот подчинился.

На КПП зоны охраны № 2 возникли затруднения. Начальник поста отказывался подчиниться. Полковник или нет, но приказ есть приказ. Надо было договариваться. Время поджимало. Вокруг ревели сирены. Штауффенбергу пришлось позвонить коменданту охраны капитану фон Моллендорфу, чтобы тот дал команду охранникам пропустить машину. В 13 часов они выехали за пределы зоны охраны. Машина на полной скорости помчалась на базу Вильгельмсдорф. Хефтен на ходу выбросил вторую бомбу в окно. Освободившись от компрометировавшего их багажа, офицеры сели в самолет, который взлетел в 13 часов 15 минут. В 15 часов 45 минут «хейнкель» приземлился в Рангсдорфе. Ступая снова на столичную землю, Штауффенберг был уверен, что убил тирана. Но по виду что-то было не так. В аэропорту было необычайно тихо. Никто их не встречал. Не видно было также разведывательных бронемашин из Крампница для обеспечения безопасности аэродрома. Там царила повседневная рабочая обстановка. Даже верного водителя Швейцера не было видно. Он устремился к телефону, чтобы позвонить на Бендлерштрассе. Его соединили с Мерцем. Он сказал ему, что Гитлер был убит. Было 4 часа дня. В голосе друга слышалась радость, поскольку ходили самые противоречивые слухи. Мерц попросил его приехать как можно скорее. Операция «Валькирия» еще не началась. Ольбрихт колебался. Начиная с половины первого дня никто ничего точно не знал. Клаус рассердился. Он взял машину командира базы. Для того чтобы добраться до Бендлерблока, ему потребовалось тридцать минут. В 16 часов 30 минут он оценил всю глубину катастрофы.