На этот раз охотники забрались прямо в логово своей жертвы. Уже с сентября 1879 года в Зимнем дворце работал плотником тайный агент «Народной воли» С. Н. Халтурин. За время службы ему понемногу удалось пронести во дворец около двух пудов взрывчатки. Мешки со взрывчатой смесью он прятал среди мешков со строительными материалами в подвальном винном погребе, где в это время велись ремонтные работы. Над погребом находилась караульная, которая использовалась для нужд солдат из дворцового отряда, а еще выше размещалась царская столовая. Ожидалось, что именно в столовой будет находиться государь вечером 5 (17) февраля 1880 года, во время праздничного ужина по случаю приезда в столицу принца Гессенского. В это время народовольцы руками Халтурина планировали привести в действие бомбу. Но поезд с высоким гостем опоздал на полчаса, и время торжественного ужина также сместилось.
Взрыв прогремел в тот момент, когда император в другой части дворца встречал прибывшего принца. Силой взрыва обрушило перекрытия между подвалом и первым этажом, помещение караульной с находившимися в ней солдатами обвалилось вниз. Дальнейшее распространение ударной волны взрывного импульса сдержали потолочные своды между первым и вторым этажами. В столовой на мгновение выгнулся пол, сверху на накрытый стол рухнули люстра и куски отвалившейся штукатурки. Во всем дворце вылетели оконные стекла. Треснула стена, примыкавшая к очагу взрыва. Принц Гессенский, будучи свидетелем теракта, так вспоминал о случившемся:
Халтурину удалось бежать в Москву, затем на юг в Одессу, где при нападении на прокурора Киевского военно-окружного суда В. С. Стрельникова он был задержан, спустя несколько дней предан военно-полевому суду и повешен.
Несмотря на череду неудач, в конце концов заговорщики все же достигли желаемого. 1 (13) марта 1881 года с интервалом в несколько минут случились шестое и седьмое покушения. Шестая попытка цареубийства обернулась очередным чудесным спасением, и казалось, что по воле высших сил государь неуязвим, но почти тотчас же брошенная под ноги бомба неумолимо обозначила рубеж между чудом и реальностью. Охота завершилась.
Народовольцы в течение нескольких месяцев отслеживали маршруты передвижения царя по столице. Вскоре они выяснили, что император регулярно посещает развод караулов в Михайловском манеже. Практически всегда царский экипаж следовал по Невскому проспекту и поворачивал на Малую Садовую улицу. Здесь заговорщики решили устроить первую засаду. На случай непредвиденных событий запасным местом атаки должен был стать поворот на Екатерининский канал, где на обратном пути в Зимний дворец царский экипаж снижал скорость.
В декабре 1880 года народовольцы приобрели сырную лавку, располагавшуюся в подвальном помещении дома № 8 на Малой Садовой. Отсюда они сделали подкоп и заложили под мостовую мину. На случай, если бы император в выбранный день поехал другим маршрутом, подготовили несколько ручных бомб и выставили пост на Екатерининском канале. Заговорщиков несколько раз могли раскрыть, но каждый раз что-то мешало полиции сделать последний шаг. Удача явным образом находилась на стороне заговорщиков.
Первый звоночек прозвенел, когда в начале 1881 года в руки полиции попали члены исполнительного комитета «Народной воли» А. Д. Михайлов, А. И. Баранников, Н. А. Морозов и другие. Но выйти на заговорщиков служителям правопорядка в этот раз не удалось. Вторым шансом предотвратить покушение стал арест Желябова, руководителя планировавшейся атаки, 27 февраля (11 марта) 1881 года — всего за два дня до теракта. На деле же этот арест лишь вынудил народовольцев форсировать планы. На следующий день вызывавшую подозрение лавку на Малой Садовой осмотрел лично начальник технической службы городской полиции генерал-майор К. И. Мровинский. В помещении лавки имелись отчетливые следы земляных работ — сырость, грязные следы, деревянная обшивка, скрывавшая земляной ход — однако полиция не придала им значения, удовольствовавшись проведением поверхностного осмотра.