Stauffenberg wraz ze swoim adiutantem Wernerem von Haeftenem pojawił się w Wilczym Szańcu 20 lipca przed południem. Jego samolot z Berlina wylądował opodal kwatery o godzinie 10.15. Około godz. 12.15 Stauffenberg oznajmił, że chciałby przed naradą odświeżyć się i zmienić koszulę. John von Freyend udostępnił mu w tym celu swój pokój. Haeften wszedł razem ze Stauffenbergiem do wskazanego pomieszczenia, aby pomóc jednorękiemu przy przebieraniu się oraz przygotowaniu ładunków wybuchowych.

Każdy ładunek posiadał po jednym chemicznym zapalniku produkcji angielskiej, działającym z dziesięciominutową zwłoką. Uruchomienie zapalników okazało się zajęciem dosyć skomplikowanym i czasochłonnym. "Należało najpierw zgnieść miedziane łuski, w których tkwiły szklane ampułki z kwasem. Kwas w określonym czasie miał strawić druciki napinające spiralne piórka z bolcami zapalnikowymi. Trzeba było przy tym postępować bardzo ostrożnie, aby obcęgami nie zgnieść drucików napinających. Patrząc przez otwór należało stwierdzić, czy piórka zapalnika były jeszcze napięte, a następnie usunąć bezpiecznik i włożyć zapalnik do ładunku"

Kilka minut przed godz.12.30 Stauffenberg udał się do baraku narad. Po drodze John von Freyend zaproponował Stauffenbergowi pomoc w niesieniu teczki, czego pułkownik stanowczo odmówił. Bezpośrednio przed barakiem przekazał mu jednak teczkę, prosząc jednocześnie o udostępnienie mu miejsca możliwie blisko Führera. Przybyli oni do baraku w momencie, gdy generał Heusinger omawiał sytuację na froncie wschodnim. John von Freyend poprosił admirała Vossa, aby ten przeszedł na drugą stronę stołu, ustępując w ten sposób miejsca Stauffenbergowi. Teczka z ładunkiem wybuchowym została umieszczona po zewnętrznej stronie prawego wspornika stołu, w odległości około 2,5 - 3 metrów od Hitlera. Po upływie kilku minut Stauffenberg oznajmił, że musi zadzwonić. Aparaty telefoniczne znajdowały się w sąsiednim pomieszczeniu. Jego adiutant wyszedł z nim. W chwili wsiadania Stauffenberga i jego adiutanta do samochodu nastąpiła eksplozja.

Przejeżdżając w pobliżu baraku narad widzieli unoszącą się nad barakiem chmurę dymu, wirujące w powietrzu zwęglone papiery, biegających ludzi i wynoszonych rannych. Posterunek I strefy udało się przekroczyć bez trudności: pasażer samochodu był popularną osobą - jego błyskotliwa kariera wojskowa, rany odniesione w Afryce, dostojny wygląd wywoływały powszechne uznanie i szacunek. Był przecież pułkownikiem w sztabie generalnym. O godzinie 13.15, wraz z adiutantem odleciał z powrotem do Berlina. Stauffenberg i Haeften wylądowali w Berlinie przekonani o powodzeniu swojej misji. Gen. Olbricht ogłosił rozpoczęcie akcji "Walkiria". Próba puczu trwała ok. 7 godzin i załamała się o północy. Hrabia Claus von Stauffenberg został aresztowany i skazany na śmierć jeszcze tej samej nocy ok. godz. 0.30. Wyrok wykonano bezzwłocznie.

Podłożony przez pułkownika Stauffenberga ładunek wybuchowy zdewastował doszczętnie wnętrze sali narad. Wszędzie leżały połamane krzesła, potłuczone szkło i porozrzucane papiery, a z dębowego masywnego blatu stołu pozostał jedynie niewielki fragment. W miejscu gdzie stała teczka z bombą, powstał w ziemi lej o średnicy ok. 1,5 m.

W momencie wybuchu ładunku w pomieszczeniu znajdowały się 24 osoby. Hitler stał w połowie długości stołu, zwrócony twarzą w kierunku trzech otwartych okien krótszej ściany baraku. Był pochylony nad stołem i, opierając się na masywnym blacie łokciami, podtrzymywał dłońmi głowę.

Uczestnicy narady odczuli eksplozję jako potężny podmuch powietrza, któremu towarzyszyły ogłuszający huk i żółtoniebieski płomień. Podmuch powietrza przygniótł prawie wszystkich do podłogi, nikt jednak nie został wyrzucony przez okno, jak podają niektóre opracowania. Nagle usłyszano wołanie: "Gdzie jest Führer?" - to Keitel zatroszczył się o Hitlera. Po kilkunastu sekundach odnalazł go i pomógł w opuszczeniu zadymionego pomieszczenia.

Prof. von Hasselbach założył pierwsze opatrunki, a następnie opiekę nad Hitlerem przejął prof. Morell. Führerowi dokuczał krwotok prawego łokcia, ale staw funkcjonował normalnie. Na lewej dłoni miał lekko otarty naskórek. Nie stwierdzono jednak poważniejszych uszkodzeń narządu słuchu, mimo że błona bębenkowa była popękana. Führer był wyraźnie podekscytowany. Powtarzał ciągle, że od dawna wiedział, iż w jego otoczeniu byli zdrajcy. Stosunkowo szybko doszedł jednak do siebie. Już trzy godziny po zamachu Hitler był w stanie powitać na miejscowym dworcu kolejowym Mussoliniego (wizyta włoskiego przywódcy w Wilczym Szańcu trwała zaledwie 2,5 godziny).

W wyniku eksplozji bomby śmiertelnie ranni zostali stenograf oraz trzech generałów. Na skutek odniesionych ran, wstrząsu mózgu lub popękanych błon bębenkowych większość uczestników narady musiała być leczona w karolewskim szpitalu, gdzie ogólną opiekę nad pacjentami sprawował prof. von Hasselbach.

"Eksperci, badający skutki eksplozji bomby, byli zgodni co do faktu, że ilość materiału wybuchowego przyniesiona przez Stauffenberga na naradę, zabiłaby wszystkich, gdyby obrady odbywały się w bunkrze betonowym. Ponieważ obrady odbywały się w baraku, obrażenia, jakich doznali uczestnicy, były stosunkowo niewielkie"(14, str. 476).

21 lipca ok. godz.1.00 w nocy radio rozpoczęło emisję nagranego w godzinach wieczornych i przewiezionego do Königsbergu przemówienia Hitlera. Führer powiedział w nim m. in.: "...Niemieccy towarzysze i towarzyszki! Nie wiem, który to już raz zaplanowano i dokonano zamachu na moje życie. Jeśli dzisiaj do was przemawiam, to robię to z dwóch powodów: Po pierwsze, byście usłyszeli mój głos i wiedzieli, że jestem cały i zdrowy. Po wtóre, byście dowiedzieli się czegoś więcej o zbrodni, która nie ma sobie równych w historii Niemiec. Mała grupka samolubnych, pozbawionych sumienia i jednocześnie zbrodniczych, głupich oficerów uknuła spisek, by mnie usunąć i wraz ze mną niemieckie dowództwo wojskowe. Bomba, którą mi podłożył pułkownik hrabia von Stauffenberg, wybuchła dwa metry po mojej prawej stronie... . Wyszedłem całkowicie bez szwanku z wyjątkiem drobnych zadrapań, siniaków i oparzeń. Przyjmuję to jako potwierdzenie mojego zadania, zleconego przez Opatrzność, by dalej realizować mój cel życiowy, tak jak to dotychczas czyniłem. Grupa ludzi, którą ci uzurpatorzy reprezentują, nie ma nic wspólnego z niemieckim Wehrmachtem i niemiecką armią. Tym razem rozliczymy nasze krzywdy w stylu narodowych socjalistów!" (7, s. 324).

W dalszej części przemówienia ordynarne obelgi mieszały się z zapowiedziami, że spiskowcy zostaną bezlitośnie wytępieni.

Gdy rankiem 21 lipca Goebbels mógł już uznać pucz za stłumiony, w swym otoczeniu wyraził się pogardliwie o sprzysiężonych i wykpiwał ich. Całą akcję nazwał "rewolucją przy telefonie". Tylko Stauffenbergowi nie mógł odmówić swego respektu: "Jednak ten Stauffenberg to był facet! Niemal go żałuję. Co za zimna krew! Jaka inteligencja, jaka żelazna wola! Wprost nie pojęte, że się zadał z taką bandą durniów!... Wydałem rozkaz, żeby spalić zwłoki i rozsypać popiół po polach. Po tych ludziach, a również po tych, którzy będą teraz straceni nie chcemy mieć najmniejszego wspomnienia w jakimkolwiek grobie albo innym miejscu." (7, s.324-325)

Do zbadania wydarzeń i wykrycia dalszych spiskowców Himmler powołał „specjalną komisję 20 lipca”, Protokoły z wyników śledztwa były na bieżąco kierowane do Himmlera, który z kolei przedkładał je Hitlerowi lub innym przywódcom nazistowskim. Podaje się, że łączna liczba aresztowanych wyniosła ok. 700 osób. Około 180 osób poniosło śmierć - 89 z nich w Plötzensee.