A Conolly strasse 31. alatt lakó izraeli olimpikonok aludtak, amikor a fegyveresek betörtek a házba. Az első lövések pár perccel 5 óra előtt dördültek el: Moshe Weinberg birkózóedző és Yossef Romano súlyemelő megpróbáltak ellenállni, és két terroristát megsebesítettek, mielőtt lelőtték őket.
A lövöldözés, és az azt megelőző fejetlenség lehetővé tette, hogy három izraeli megszökhessen a helyszínről – Tuvia Sokolovsky súlyemelő edző a szobája ablakán mászott ki, Gad Tsobari birkózó a mélygarázson keresztül menekült el, Saul Ladany gyorsgyalogló pedig az erkélyen keresztül jutott ki az épületből. Hét további csapattag elrejtőzött a behatolók elől, és később sikerült észrevétlenül kiszökniük.
A terroristák végül 9 izraeli túszt ejtettek. Yossef Gutfreud birkózó bírót – mivel őt ítélték testfelépítése miatt a legveszélyesebbnek – egy székhez kötözték, a többieket egy másik szobába terelték, csuklójukat és bokájukat megkötözték, majd négyesével leültették őket az egyik ágyra. Yossef Romano holttestét, figyelmeztetésként, mindvégig a szemük előtt tartották.
A rendőrséget 5:20-kor riasztották a helyszínre, a Fekete Szeptember pedig kis idő múlva előállt a követeléseivel a túszokért cserébe: 232 Izraelben, és két Németországban bebörtönzött terrorista szabadon engedését követelték, ellenkező esetben kivégzik a túszokat. Elszántságukat bizonyítandó, Moshe Weinberg holttestét kihajították a bejárati ajtón.
Először reggel 9-ig adtak időt a hatóságoknak, az Izraeli kormány azonban kijelentette, nem tárgyal terroristákkal, a határidőt így többször módosították – a legutolsó délután 17 óra volt. Miután még ekkor sem sikerült megegyezni az izraeli kormánnyal, a csoport délután 6-kor új követeléssel állt elő: a túszokkal együtt Kairóba akartak repülni. Annak ellenére, hogy az egyiptomi kormány határozottan kijelentette, nem kíván belefolyni a kérdésbe, a németek meghajlottak a terroristák követelései előtt, és este 22:10-kor helikopterekkel elszállították a Fekete Szeptember tagjait (a bekötött szemű túszokkal együtt) a fürstenfeldbrucki katonai repülőtérre.
A csoportot a Lufthansa Boeing 727-ese várta, valamint egy szegényesen felszerelt és kiképzett német mesterlövész osztag, akikben csak a terroristák megérkezése után tudatosult, hogy nincsenek elegen a feladatra – a hatóságok ugyanis úgy tudták, hogy öt túszejtővel van dolguk, nem pedig nyolccal, ennek megfelelően pedig csak öt lövészt küldtek fel a hangárok tetejére. Tovább bonyolította a helyzetet, hogy a megegyezés szerint két túszejtő a többieket megelőzve felszállhatott a gépre, hogy megvizsgálja azt belülről – őket egy német rendőrosztag várta (volna) az utastérben, akik miután meghallották, hogy a terroristák többen vannak, mint amivel eredetileg számoltak, önhatalmúan úgy döntöttek, nem vesznek részt a túszmentő akcióban.
Este 22:30-kor landoltak a terroristákat és a túszokat szállító helikopterek a bázison – a Boeing megvizsgálása után pedig, 23 órakor a mesterlövészek megkapták a tűzparancsot. Két túszejtő a helyszínen meghalt, ketten pedig megsebesültek – a többieknek azonban sikerül fedezékbe kúszniuk az őket szállító helikopterek mögé (amikben még mindig bent ültek a megkötözött túszok). A lövészek később bevallották, hogy már az akció kezdetén is alig láttak valamit a célpontokból a reptér rossz kivilágítása miatt – ráadásul a lövöldözés alatt a túszejtők több lámpát szétlőttek, így csak fokozódott a káosz. Az viszont világos volt, hogy mindkét fél vesztes helyzetben van, így a németek a helyszínre rendeltek két páncélozott járművet, a túszok megközelítéséhez – a járművek azonban elakadtak a forgalomban, és csak egy órás késéssel, jóval éjfél után értek ki a reptérre.
Noha a holtidőben a hatóságok ismételten megpróbálták tárgyalásra bírni a túszejtőket, a páncélautók érkezése hirtelen egyértelművé tette a terroristák számára, hogy vesztése állnak, ezért cselekedtek. A magát Issának nevező túszejtő odalépett az őt szállító helikopterhez, és közvetlen közelről tüzet nyitott az olimpikonokra Kalasnyikov fegyverével – a bent ülő négy sportoló azonnal meghalt. Issa ezután kézigránátot dobott a helikopter pilótafülkéjébe, és felrobbantotta azt.
Hogy a megmaradt öt túsz hogyan vesztette életét, mai napig vita tárgyát képezi. A hivatalos német rendőrségi nyomozást azzal zárták, hogy a sportolókkal a helikopter felrobbanása utáni káoszban a terroristák, a mesterlövészek és a rendőrség össztüze végzett – a Time Magazine későbbi rekonstrukciója szerint azonban az egyik túszejtő lőhette le őket a helikopterük ajtaja előtt állva.
A következő klip Steven Spielberg 2005-ös München című filmjéből származik, és a nyugalom megzavarására alkalmas képeket tartalmaz.
A Fekete Szeptember nyolc tagja közül öt az akció során életét vesztette, hármat pedig a helyszínen letartóztattak. A világot sokkolta az olimpiai mészárlás híre – már csak azért is, mert az első híradások még arról szóltak, hogy minden túszt sikerült kiszabadítani, és a terroristákat egytől-egyig elfogták. Az azóta lezajlott vizsgálatok majd’ mindegyike kimutatta, hogy a megfelelő biztonsági intézkedések hiányáért, a meghiúsult mentőakcióért, és végeredményben a sportolók haláláért nagyrészt a német hatóságok tehetők felelőssé.
Egyrészt azért, mert az utolsó németországi olimpia árnyékából kitörni akaró szervezők inkább a nemzetek közötti barátságra és a gesztuskommunikációra tették a hangsúlyt, és nem tudták garantálni a sportolók biztonságát – még azután sem, hogy az izraeli delegáció külön felhívta a figyelmüket a biztonság terén tapasztalható hiányosságokra.
A túszdráma alatt a hatóságok nem számíthattak a hadseregre, mivel békeidőben az alkotmány tiltotta, hogy a hadsereg a határokon belül műveletekben vegyen részt – a helyzet kezelése tehát teljes egészében a müncheni rendőrségre hárult.
Annak ellenére, hogy már az elején sejteni lehetett, hogy a túszejtők többen vannak az előzetes becsléseknél, az akció irányítói nem küldtek erősítést a kiképzetlen és felkészületlen mesterlövészeknek, valamint a fejleményekről sem tudták őket értesíteni, mivel amikor felküldték őket a tetőre, nem vittek magukkal rádiót. A helyzetet súlyosbította, hogy a lövészeknek csak ködös információ voltak az akció egészére nézve, rádió híján egymással sem tudtak kommunikálni, és a leghasználhatóbb parancs, amit az akció előtt kaptak, az volt, hogy akkor tüzeljenek, amikor a felettesük tüzel.
A Boeingben várakozó, majd idő előtt távozó rendőrökről nem sokat tudni – azon kívül, hogy egyiküket sem vonták felelősségre az akció közben tanúsított viselkedésük miatt. Az éjszaka történteket rendőri szemszögből egy bizonyos Heinz Hohensinn-nek köszönhetően ismeri a világ, aki az akció után nyugdíjba vonult, éppen ezért hajlandó volt megosztani az újságírókkal emlékeit. Állítólag tőle származik az az információ is, miszerint a müncheni rendőrség az akcióban résztvevőket megfenyegette, hogy ha bárkinek mesélnek a történtekről, leszerelik őket és elveszik a nyugdíjukat.
A tavaly nyáron elhunyt Mohammed Odeh, az akció szellemi atyja egy libanoni lapnak korábban azt nyilatkozta, a Fekete Szeptembernek a túszejtés volt akkoriban az egyetlen fegyvere, amivel felhívhatta magára és ügyére a világ figyelmét.