講話結束後，大公夫婦也要暫時分開一陣子。按照排程，索菲將在市政廳一樓的一個房間裡會見穆斯林婦女代表團，男性不能進入該房間，這樣與會的婦女們就可以揭開面紗。房間雖不寬敞卻很溫暖，大公夫人在看到其中一個婦女代表帶著自己的孩子一起前來時，似乎也勾起了她對自己孩子的思念，面露憂色，她說道：「你們看，這個小女孩跟我家的小索菲差不多高呢。」後來她再次提到，她和丈夫都希望能與他們的孩子儘快團聚，並表示「我們從來沒有扔下孩子這麼久不管」。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，此時正在市政廳裡。但早上的意外帶來的驚嚇這時似乎開始在他身上造成影響，據一名當時在場的人士後來回憶稱，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，就像踢正步一樣交替抬起雙腿。我想他可能想藉此表現他並沒有因為早上的意外而害怕」。當然，他的表情也流露出對波蒂奧雷克的安全工作的嚴重失誤非常不滿。
訪問活動接下來該如何進行？原先的計畫是車隊在行駛過大集市時右轉，開上法蘭茲．約瑟夫大街，隨後開至國家博物館。斐迪南大公詢問波蒂奧雷克是否還有遭到襲擊的隱患，根據波蒂奧雷克事後自白，當時他給出了一個令人跌破眼鏡的答覆，他「希望沒有，但即便有著銅牆鐵壁般的安全防護，也無法完全防止近距離的襲擊」。出於安全起見，波蒂奧雷克建議取消接下來的行程安排，直接開車出城回到伊里茲鎮，或者先到州長的官邸，再從那裡沿著河的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的駐軍醫院裡療傷的那名受傷的副官。當然，博物館之行必然取消了，車隊將依原路返回，不再經過法蘭茲．約瑟夫大街，以防遭遇更多的襲擊。除此之外，按照原訂計劃，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，他的夫人則前往州長官邸。但索菲在所有人面前毅然決然地表示：「我要和你一起去醫院。」出於安全考慮，哈拉赫決定站在車左側的踏板上（朝著河的那一側），防止遭遇其他襲擊。
伴著烈日，車隊離開市政廳一路向西行駛，但大家都忘了將行程的變動告知司機，當車隊經過大集市後，前導車右拐駛入法蘭茲．約瑟夫大街，後面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：「我們走錯路了！我們應該從原路返回！」汽車停了下來，（由於沒有倒車檔）緩慢地駛回主幹道。
普林西普的機會來了，他早已埋伏在法蘭茲．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兩槍，子彈直接朝著目標射去，而此時站在車身左側的哈拉赫只能眼睜睜看著右側飛來的子彈。據普林西普事後的供述，當他從店鋪門前遮陽棚的陰影裡衝出來瞄準的時候，時間似乎都靜止了，而索菲的眼神一度讓他遲疑不決：「當我看到一名女士坐在他的身邊，我曾猶豫是否要開槍。而同時，我的心裡也是百感交集……」在波蒂奧雷克事後的講述中，也對當時的那一幕有著特別感受：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，彷彿子彈來自遙遠的方向。一開始人們都以為刺客打偏了，因為斐迪南大公夫婦依然端坐在座椅上，但實際上他們當時都已經受了致命的彈傷。第一顆子彈穿過了車門，擊中大公夫人的腹部並瞬間切斷胃動脈；第二顆子彈則擊中了大公的脖子，穿過頸靜脈。當車向著目的地酒店開去的時候，索菲的身子倒了下來，面貼到了她丈夫的雙膝上，波蒂奧雷克起初以為她只是嚇得休克了。直到他看到鮮血從斐迪南大公的嘴裡湧出，他才意識到事態遠比想像中的嚴重。而站在踏板上的哈拉赫則探身進到車內，拽著大公的衣領使他的身體保持坐著的姿勢，這時他聽到法蘭茲．斐迪南氣若遊絲的聲音：「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，當哈拉赫詢問他的槍傷是否嚴重時，斐迪南大公一遍遍地重複著：「這算不了什麼！」隨後整個人陷入昏迷。
