29 июля Наталья Седова решила пригласить Сильвию с женихом на чашку чая. Следующая встреча состоялась 8 августа. В беседе с секретарями Троцкого Рамон впервые заговорил о развитии мирового троцкистского движения, а 17 августа появился вновь и сообщил Троцкому, что написал статью против членов секции в США, которые намерены отойти от Троцкого, и хотел бы знать мнение Льва Давидовича, насколько статья удалась.
Его поведение в какой-то степени насторожило жену и самого Троцкого, который отдал распоряжение узнать о женихе несколько больше. Но это распоряжение сильно запоздало.
Утром 20 августа Троцкий, будучи в хорошем расположении духа, намеревался как следует поработать до вечера и уединился в кабинете. После пятичасового чая он вышел во двор, где держал кроликов, собираясь их покормить. Около кроличьих клеток его и застал Меркадер. Увидев жениха Сильвии рядом с мужем, Наталья Ивановна подумала: «Опять он! Зачем так зачастил?» и подошла. «Меня мучает жажда. Вы не дадите мне стакан воды?» — поздоровавшись, попросил гость. «Может быть, чашку чая?» — предложила Наталья Ивановна. «Нет, нет! Я только что поел, и еда стоит вот здесь. — Рамон провел рукой по горлу. — Лучше воды». Наталья Ивановна обратила внимание на перекинутый через руку плащ и неснятую шляпу и сказала: «Вы плохо выглядите. Сегодня весь день солнце. Зачем вам плащ и шляпа?» Меркадер ответил не сразу, казалось, он отсутствовал. После тяжелого молчания Троцкий сказал: «Хорошо, покажите мне свою статью».
Они прошли в кабинет. Троцкий сел в кресло к столу. Рамон встал по левую руку от него, ближе к окну. Когда Троцкий прочел первую страницу и собирался было ее перевернуть, Меркадер сделал шаг назад, выхватил из-под плаща пиолет — альпинистский ледоруб, и со всей силой, на которую был способен, нанес плоским концом удар по голове. Перед этим в какой-то момент Троцкий немного повернул голову в сторону, что сделало удар скользящим и позволило жертве, издав душераздирающий крик, выскочить из кабинета. Прислонившись к косяку двери, Троцкий сказал пробегавшим мимо охранникам: «Пусть его не убивают. Надо заставить его говорить!»
На улице Меркадера ждала группа прикрытия, чтобы забрать его. Но, услышав суматоху в доме, она уехала.
Лучшие врачи Мексики сделали Троцкому операцию на черепе, но мозг оказался сильно поврежденным, и Лев Давидович скончался 21 августа 1940 г. в 19 ч 20 мин. Позже были также убиты сыновья и родственники Троцкого и за границей, и в СССР.
Рамон Меркадер отсидел в тюрьме двадцать лет. Берия по указанию Сталина несколько раз пытался организовать осужденному побег, но как только об этом узнавал сам Рамон, он категорически отказывался. Отсидев свой срок, Меркадер был освобожден 20 августа 1960 г.