Før Operasjon Valkyrie i 1944 brukte offiserer to år på å planlegge det endelige attentatforsøket på Adolf Hitler. Flere medlemmer av den tyske regjeringen trodde at Hitler ødela Tyskland og innså at deres eneste håp om ikke å bli utslettet av de allierte maktene var å fjerne ham fra makten. I 1944 hadde det allerede vært flere mislykkede forsøk på Hitlers liv. Dette forsøket ville kreve en helt ny plan, for mens krigen pågikk besøkte Hitler nesten aldri Tyskland, og sikkerhetsteamet hans var i høy beredskap på grunn av andre mislykkede forsøk.

Plottets viktigste konspiratorer inkluderte Claus von Stauffenberg , Wilhelm Canaris, Carl Goerdeler, Julius Leber, Ulrich Hassell, Hans Oster, Peter von Wartenburg, Henning von Tresckow, Friedrich Olbricht, Werner von Haeften, Fabian Schlabrendorft, Ludwig Beck og Erwin von Witzleben; alle av dem var enten medlemmer av den militære eller byråkratiske regjeringen. Planen deres dreide seg om en revidert versjon av Operasjon Valkyrie (Unternehmen Walküre) for å få kontroll over nasjonen og kunne slutte fred med de allierte før de invaderte Tyskland. Denne operasjonen, godkjent av Hitler selv, skulle brukes hvis det ble brudd i lov og orden eller kommunikasjon mellom ulike deler av regjeringen på grunn av et opprør eller angrep. I den modifiserte versjonen vil den initierende faktoren være dødenav Hitler sammen med noen av hans sentrale rådgivere med mistanker som faller på de mer fanatiske grenene av regjeringen, og tvang reservehæren, under ledelse av general Friedrich Fromm, til å ta kontroll over regjeringen. Disse troppene ville deretter beslaglegge viktige bygninger og kommunikasjonsstasjoner i Berlin slik at konspiratørene kunne få og omorganisere den tyske regjeringen. Dette er grunnen til at planen var å myrde ikke bare Hitler, men også Heinrich Himmler, siden han som sjef for SS var Hitlers sannsynlige etterfølger. Himmler ville nok vært like ille om ikke verre enn Hitler selv. En annen sak dukket opp i Fromm; han var den eneste andre personen foruten Hitler som kunne sette operasjon Valkyrie i verk, så hvis han ikke sluttet seg til konspiratørene, ville planen raskt falle fra hverandre når den ble satt i verk.

Den 20. juli 1944, etter flere aborterte forsøk fløy Von Stauffenberg ut til Hitlers bunker i Øst-Preussen, kalt Ulvehulen, for å delta på en militærkonferanse. Når han ankom, unnskyldte han seg til badet, hvor han startet timeren på bomben han hadde båret i kofferten; dette ville gi ham ti minutter til å evakuere bygningen før den detonerte. Han returnerte til konferanserommet, hvor Hitler var til stede blant mer enn 20 andre offiserer. Von Stauffenberg la kofferten under bordet, og dro deretter for å ta en planlagt telefonanrop. Etter at minutter hadde gått, hørte han en eksplosjon og så røyk komme fra konferanserommet, noe som lot ham tro at planen var vellykket. Han forlot raskt Ulvehulen for å fly tilbake til Berlin slik at han kunne spille sin rolle i reformasjonen av regjeringen.

Men Von Stauffenberg tok feil. Av de fire ofrene var ikke Hitler én, og de motstridende rapportene om hvorvidt han var død eller levende fikk de i Berlin til å stoppe opp i initieringen av Operasjon Valkyrie. Dette førte til flere timer med forvirring og motstridende rapporter fra begge sider inntil Hitler, som bare var lettere skadet, hadde kommet seg nok til å ringe flere offiserer selv for å informere dem om at han overlever. Fromm, i håp om å dempe enhver mistanke om seg selv, beordret umiddelbart henrettelsene av Von Staffenberg og tre andre av hans konspiratorer til døden. De ble henrettet av skytegruppen i de tidlige morgentimene den 21. juli. Rundt 7000 flere mennesker ville bli arrestert for aktiviteter knyttet til 20. juli-komplottet, med rundt 4980 henrettet for sine forbrytelser, inkludert Fromm.

Det er mange teorier om hvorfor eksplosjonen ikke drepte Hitler. De to viktigste faktorene involverer beinet på konferansebordet og selve konferanserommet. Von Stauffenberg hadde plassert kofferten med bomben på siden av bordbenet nærmest Hitler, men beretninger har vist at det hadde værtflyttet fra sin opprinnelige posisjon, og sendte eksplosjonens omfang bort fra Hitler. Den andre faktoren var møtestedet. Hvis konferansen hadde funnet sted i et av de lukkede rommene inne i bunkeren, som noen kilder sier det skulle være, ville eksplosjonen ha vært mer begrenset og mer sannsynlig å ha drept de tiltenkte målene. Men ettersom den fant sted i en av de utendørs konferansebygningene, var eksplosjonens omfang mindre konsentrert.

Selv om feilen i dette forsøket var et slag for alle som motsatte seg Hitlers regjeringstid, symboliserte det svekkelsen av den tyske regjeringen og starten på den allierte seieren.

I 2008 ble filmen Valkyrie med Tom Cruise i hovedrollen, skildret attentatforsøket 20. juli og den mislykkede gjennomføringen av Operasjon Valkyrie.