1 сентября в 10 часов утра Кулябко был с докладом у Курлова. Тот встретился со Столыпиным и попросил его соблюдать осторожность. В 11 часов к Веригину пришел Богров и сообщил, что террористы встречаются вечером на Бибиковском бульваре. Эта точка рандеву находилась недалеко от маршрута проезда в театр. На встречу должен был идти и Богров. Было оговорено, что, если террористы захотят совершить нападение по дороге в театр, Богров подаст филерам сигнал, и те арестуют группу.
Утром этого дня Николай II и сопровождающие его лица ездили на военные маневры. В 16.00 они отправились на ипподром, где до 20.00 проходили потешные маневры и скачки на императорский приз. К 21.00 почетные гости стали съезжаться в театр. Для обеспечения безопасности Столыпина его подвезли на автомобиле к боковому входу. После того как министр был доставлен в театр, охранники облегченно вздохнули: театр был заранее тщательно обыскан, а зрители допускались только по именным билетам. Каким образом пригласительный билет получил Богров — до конца неизвестно. Сам он утверждал, что Кулябко предложил ему пойти на представление с тем, чтобы опознать террористов, если они покажутся в театре. Кулябко рассказывал, что выдал Богрову билет по его просьбе (Николай Яковлевич опять велел уточнить приметы министра, так как накануне этого не удалось сделать из-за большого наплыва людей) и с ведома генерала Курлова. Курлов же говорил, что ему не было известно о присутствии Богрова в театре.
К началу спектакля Богров, согласно билету № 406, занял свое место в 18 ряду партера. В первом антракте он, по приказу Кулябко, сбегал домой и проверил, на месте ли Николай Яковлевич (весьма странное поручение, учитывая, что дом находился под пристальным наблюдением). После этого охрана не хотела пускать Богрова в театр — его билет был уже использован. Кулябко лично провел своего агента в зал.
В первом антракте второго действия Кулябко, Курлов и его помощники устроили в фойе небольшое совещание. В это время (около 23.00) Богров подошел к Столыпину, который стоял у барьера оркестровой ямы и вел беседу. Выхватив браунинг, убийца дважды выстрелил практически в упор. Вот как описывал сам момент убийства киевский генерал-губернатор Гире:
«Петр Аркадьевич как будто не сразу понял, что случилось. Он наклонил голову и посмотрел на свой белый сюртук, который с правой стороны под грудной клеткой уже заливался кровью. Медленными и уверенными движениями он положил на барьер фуражку и перчатки, расстегнул сюртук и, увидя жилет, густо пропитанный кровью, махнул рукой, как будто желая сказать: «Все кончено!»
Затем он грузно опустился в кресло и ясно и отчетливо, голосом, слышным всем, кто находился недалеко от него, произнес: «Счастлив умереть за царя».
По утверждению некоторых очевидцев, Столыпин успел повернуться к императорской ложе и перекрестить ее.
Услышав выстрелы, жандармы бросились из фойе в зал. Спиридович бежал первым. Он, по его собственным словам, замахнулся на схваченного зрителями Богрова саблей. От расправы на месте Богрова спас один из жандармов: он смог отбить убийцу у разъяренной толпы. Кулябко, вбежав в зал и увидев Богрова, отдал приказ немедленно арестовать всех находящихся в его квартире. Стоит ли говорить, что никаких террористов там не оказалось.
Одна из пуль достаточно легко ранила Столыпина в руку. Но вторая была нацелена в сердце. От моментальной смерти премьер-министра спас Владимирский крест, который отвел пулю. Но ранение все равно было очень тяжелым: пуля пробила плевру, прошла через диафрагму и попала в печень. Столыпина доставили в больницу. На следующее утро Столыпин якобы попросил принести ему зеркало, посмотрел язык, улыбнулся и сказал: «Ну, кажется, на этот раз выскочу». Но вскоре его состояние резко ухудшилось. Четыре дня врачи боролись за жизнь премьер-министра. Вечером 5 сентября Петр Аркадиевич Столыпин скончался.
Уже 9 сентября военно-окружной суд Киева судил Богрова. Судебное заседание длилось примерно пять с половиной часов. Подсудимого признали виновным в преднамеренном убийстве Столыпина и приговорили к смертной казни. В ночь с 11 на 12 сентября, около трех часов приговор был приведен в исполнение. При казни присутствовали представители черносотенцов, которые хотели убедиться в том, что приговоренного не подменили.