Когда Халтурин принял решение выступить в роли цареубийцы, он и понятия не имел о том сценарии, по которому в конце 1879 г. будут развиваться события. Он планировал совершить убийство, находясь с императором лицом к лицу, как это пытались сделать его знаменитые предшественники — Каракозов или Вера Засулич[126], и даже сделать это ударом топора. Непредвиденная встреча с императором, произошедшая во время непрестанных перемещений Халтурина по дворцу, укрепила его намерения, однако Исполнительный комитет, наученный горьким опытом ряда неудавшихся покушений, отверг этот героический план убийства, отдав предпочтение надежности взрывчатки. Все было готово к моменту возвращения царя из Ливадии — на тот случай, если бы смерть не настигла его в поезде.
Практически в то самое время, когда окончились неудачей покушения, организованные на железной дороге, в столице неожиданно произошел инцидент, который должен был бы обречь план Халтурина на провал. Квятковский, через которого осуществлялась связь Халтурина с «Народной волей» и который поставлял ему динамит, был арестован. Полиция, проведя обыск в доме задержанного, обнаружила составленный Халтуриным план внутреннего устройства Зимнего дворца, который ее заинтересовал, но, по-видимому, не побудил к тому, чтобы установить наблюдение за дворцом и теми, кто в нем работал. Единственным изменением плана стало то, что Исполнительный комитет поручил Желябову оказать помощь Халтурину, передать ему взрывчатку и вместе с ним определить точную дату покушения.
После длительной задержки и нескольких переносов, 5 февраля 1880 г. покушение, наконец, состоялось. Был найден подходящий момент: Александр II вместе с цесаревичем и великим князем Владимиром во время семейного обеда принимали шурина императора Александра Гессенского с сыновьями. Вернувшись в столицу в крайне утомленном состоянии, императрица не покидала своей спальни и не собиралась присутствовать на обеде. Обеденный зал — «желтый», получивший название из-за цвета стен, — располагался над сводчатым залом, в котором была заложена взрывчатка. Взрыв произошел в тот момент, когда император только собирался войти в обеденный зал, разнеся все, что там находилось, но особенно пострадал сводчатый зал, в котором находилось около пятидесяти солдат, и все соседние с ним помещения. Силы заряда не хватило для того, чтобы разрушить этаж, на котором находилась императорская фамилия, однако на первом этаже было много жертв, убитых и раненых, из числа солдат и прислуги. Несмотря на поиски виновного, происходившие посреди пыли, мусора и атмосферы всеобщей паники, на след исполнителя преступления напасть так и не удалось. Наследник записал в своем дневнике: «Это ужасное зрелище [лежавшие на полу окровавленные солдаты] я никогда в жизни не забуду».