高温和没有完工的建筑工程，希特勒把会议由地下碉堡转到地面一栋木质建筑内。施陶芬贝格虽然带了两枚炸弹，但他只能够装设其中一枚，然后放在一个公事包中。作为第三帝国的战争英雄，在北非战场失去了一只手和一只眼的施陶芬贝格上校，能够以“听觉受损”为由靠近希特勒。
施陶芬贝格上校在下午12时37分把载有炸弹的公事包放在希特勒右方橡木大桌桌腿侧，然后在会议中途静静地离开了会议室。当时希特勒伏在桌上看着东线地图，并聆听他的军官叙述战争形势。下午12时42分，炸弹爆炸，橡木大桌被炸成碎片，整栋建筑物倒下。施陶芬贝格目睹爆炸认为没可能有人生还。他与他的副官赫夫特中尉穿过一道又一道的保安封锁线离开狼穴，然后飞到柏林会合其他在战争指挥部等候的同谋。
然而。在爆炸前一刻，一位参加会议的上校为了看清楚地图而靠近桌子，不料被施陶芬贝格的公事包绊了一下，于是他把公事包推到桌腿外侧。厚实的桌腿为希特勒挡住了爆炸的冲击，木建筑物也减弱了爆炸的威力。再加上受制于身体的残缺和随身携带的公事包的大小，没能安装全部两颗炸弹，进一步降低了爆炸的威力。所以只有四人当场死亡。虽然大部份在场人士都挂了彩，可是希特勒却保住了性命，只受了点轻伤。
爆炸发生后，狼穴方面第一时间下达了击落施陶芬贝格座机的命令，但中途被空军的政变参与者截住了。埃尔温·冯·维茨莱本元帅在到达柏林陆军总司令部打算指挥政变部队时被捕。由于消息混乱，令弗利德利希·欧布利特将军迟迟未有展开瓦尔基里行动，延误了四小时直到施陶芬贝格到达柏林。
谋反者并未能占领电台令希特勒生还的消息得以传开。起初，柏林的后备军的确有执行施陶芬贝格的命令，但后来他们的长官阻止了行动，政变失败。
政变主谋施陶芬贝格上校、奥尔布里希特将军、基尔海姆上校及海夫顿中尉皆于当晚被捕，并旋即在战争指挥部的庭园内被弗雷德里希·弗洛姆将军下令枪毙。很多人包括希特勒都相信这次就地处决政变主谋，是有人暗中不使主谋者们有时间被逼供出更多的参与者。不过，希特勒事后以行动来回应这起政变，扩大事件而处决了5000名反对纳粹政权的人，有些人被酷刑煎熬至死。
在今日德国，参与这次政变的人都被称为抵抗战士。更有以部份参与者名字命名的街道。
这个几乎差一点就提前终结了第三帝国的著名历史事件也被多次改编，搬上大银幕。