與此同時，斐迪南大公口授了一封電報給奧匈帝國皇帝，表示他們二人都很好，此時正在市政廳裏。但早上的意外帶來的驚嚇這時似乎開始在他身上蔓延了。據一個當時在場的人回憶稱，斐迪南大公“說話的聲音顯得滑稽而尖銳”，“他站立的姿勢也很怪異，就像是在踢正步一樣交替抬起雙腿。我想他可能是想借此表示他並沒有因為早上的意外而感到害怕”。
訪問活動接下來將如何進行？原先的計劃是車隊在行駛過大集市時，右轉進入約瑟夫大街，之後到國家博物館。斐迪南大公詢問波蒂奧雷克是否還會有遭到襲擊的隱患。根據波蒂奧雷克後來的講述，當時他給出了一個令人大跌眼鏡的答複，他“希望沒有，但即便有著銅牆鐵壁一般的安保防護，也無法完全防止近距離的襲擊”。
出於安全的考慮，波蒂奧雷克建議取消接下來的行程，直接開車出城回到伊利茲鎮，或者去州長官邸，從那裏沿河左岸一路前往火車站。但斐迪南大公一心想去探望正在西郊駐軍醫院裏療傷的那名受傷的副官。此外，按照原計劃，斐迪南大公夫婦在市政廳的活動結束後，也將分開，大公前往博物館，夫人則前往州長官邸。但索菲在所有人麵前毅然決然地表示：“我要和你一起去醫院。”出於安全的考慮，哈拉赫決定站在車左側的踏板上（朝著河的那一側），以防止遭遇其他襲擊。
伴著烈日，車隊離開了市政廳一路向西行駛，但大家忘記將行程的變動告知司機，當車隊經過大集市後，前導車右拐駛入了約瑟夫大街，載著斐迪南大公夫婦的車也隨即跟上。波蒂奧雷克責備司機道：“我們走錯了路！我們應該原路返回！”車隊停了下來，緩慢地返回了主幹道。
普林西普的機會來了，他早已埋伏在約瑟夫大街右側的一家商店門前。此時，他終於有機會追上這輛幾乎停在原地的車。由於來不及解開腰間的炸彈，他掏出左輪手槍連開了兩槍，子彈直接朝著目標飛去，而此時站在車左側的哈拉赫隻能眼睜睜看著右側飛來的子彈射向大公夫婦。
據普林西普後來供述，當他從店鋪門前遮陽棚的陰影裏衝出來瞄準時，時間似乎靜止了，索菲的眼神一度讓他遲疑不決：“當我看到一個女士坐在他的身邊，我曾猶豫是否要開槍，我的心裏百感交集……”
在波蒂奧雷克後來的講述中，也對當時的這一幕感觸深刻：我坐在車上，注視著殺手的臉，他開槍了，但似乎並沒有煙塵和火光出現，取而代之的是寂靜，仿佛子彈來自遙遠的地方。人們都以為刺客打偏了，因為斐迪南大公夫婦依然端坐在車上，但實際上他們已經遭受了致命的彈傷。第一顆子彈穿過車門擊中了大公夫人的腹部，並瞬間切斷了胃動脈，第二顆子彈擊中大公的脖子，並穿過了頸靜脈。
所有人都沒有意識到事情的嚴重性，以為仍是刺殺未遂。車隊繼續向目的地酒店開去，突然間索菲的身體倒了下來，臉貼在了她丈夫的雙膝上。波蒂奧雷克還以為她隻是被嚇得休克了，直到他看到鮮血從大公嘴裏湧出。站在腳踏板上的哈拉赫才將身子探進車內，拽著大公的領子使他的身體保持坐著的姿勢，這時他聽到大公氣若遊絲的聲音：“索菲，索菲，你不能死，要為咱們的孩子活下去！”裝飾著綠色鴕鳥羽毛的頭盔從他頭上滑落，當哈拉赫詢問他的傷勢是否嚴重時，他一遍遍重複：“這算不了什麼！”之後便陷入了昏迷。
被人群包圍的普林西普剛想舉槍自殺，手槍就被人瞬間打掉了，他隨身攜帶的氰化物粉也沒有來得及吞下。如果不是警察及時趕到，並將他帶走，他很可能當場就被圍上來的憤怒的群眾用亂棍打死。
到達州長官邸時，索菲已經氣絕身亡，大公夫婦被分別安排到不同的地方施以急救。大公昏迷不醒，他的貼身男仆莫賽從事發現場一路跑到州長官鄄，他想剪開大公製服的前襟，以便於大公呼吸。鮮血染紅了男仆的黃色袖口。隨後，他跪在床邊，詢問斐迪南是否有遺言給孩子，但沒有得到任何回複，大公的嘴唇早已僵硬。
幾分鍾後，這名奧匈帝國的皇儲被宣布死亡。淩晨2時，消息迅速從州長官邸傳播了出去，鍾聲響徹薩拉熱窩。