西德當局最後決定用上述的第三個方案在機場幹掉恐怖分子。當局希望神經高度緊張的恐怖分子犯下一個哪怕是小小的錯誤。但是頭戴白色呢帽、鼻梁上架著大墨鏡的運動員型的阿拉伯頭目卻鎮定自若、精明強幹。他謹慎地檢查了直升機後，讓4名人質乘第一架飛機，讓5名人質乘第二架飛機，包括一名蒙麵人在內，恐怖分子分乘兩架飛機，第三架飛機由西德領導人、國境警備隊員和警察乘坐。
但是這時，卻讓西德當局大吃一驚，對方恐怖分子竟有8人。在此之前，他們認為恐怖分子的人數最多不超過5名。因此，他們在空軍基地隻布置了5名狙擊隊員。這不僅要求射擊準確，而且在恐怖分子沒有動手殺害人質之前，必須幹掉8名恐怖分子。因此，需要非凡的射擊技術和運氣。
當直升飛機發出轟鳴聲，飛越閃著恐怖燈光的空空如也的體育場時，傳來了附近運動員的歡呼聲。
但是，運動員們誰也沒有料到，這是邁向地獄的第一步。
晚11點，有報道說雙方在機場交上火。接下來，又傳來捷報說8名恐怖分子全部被擊斃。幕尼黑人民致歡呼。
耶路撒冷也聽到了廣播員的“事件圓滿解決、人質安然無恙”的聲音。梅厄總理轉著圈為聚集在一起的內閣成員斟著白蘭地酒，並按猶太的傳統幹了杯，祝賀人質的平安無事。
這一消息也向全世界作了報道。
但是，真實情況並非如此。
晚10點30分，人質、恐怖分子和有關人員乘坐的3架直升機抵達空軍基地。直升機著陸後又升空，在偵察了附近的情況後，才再次著陸，停在了距指揮塔35米處。此時，5名狙擊隊員在指揮塔嚴陣以待，並決定在直升機和波音727客機之間的150米區域內，狙擊恐怖分子。射擊所需要的亮度是沒有任何問題的，上級指示說，在所有的恐怖分子進入狙擊圈內，並有射擊命令時，即可開始射擊。
晚10點35分，隻有4名恐怖分子在地麵上的時候，狙擊隊員開了火。此時，2名恐怖分子剛剛檢查完波音727客機，正在返回途中，另外2名恐怖分子以飛行員作掩護，正向波音727客機走去。恐怖分子2名被擊斃，1名負傷。
與此同時，恐怖分子也向人質開槍進行威脅，並向指揮塔射擊。之後，安靜了一會兒。
大約l小時以後，又響起了槍聲。似乎是恐怖分子爆炸了直升飛機，直升機燃起了熊熊大火。
0點45分，警備隊員順利登機，5名恐怖分子被擊斃。莫哈默德·阿布塔拉、伊布拉希姆·巴德蘭和埃爾·德納維三人成了俘虜。
驗屍結果表明，全部死亡的人質中，5人中彈，4人被活活燒死。
9月6日淩晨3點，巴伐利亞州的內務部長用沉痛的聲音發表了令人可怕的消息：營救作戰失敗，5名恐怖分子被打死，3名被俘，1名飛行員、1名警備隊員、9名人質全部死亡。這一悲劇，3個小時以後傳遍了世界各地。
此次恐怖突襲事件帶給人心靈上的創傷是巨大的，很多親眼目睹這恐怖事實的運動員無精打采、無心戀戰。整個奧運村飄蕩著沉悶壓抑的空氣。在籌備奧運會中作了長期不懈努力的組織委員長維利·達梅說：“坦率地說，我不讚成繼續比賽。”以色列體育代表團說：“從哀悼死者和否定暴力意義上講，應該中止比賽。從人道角度說也絕對不能再賽下去。”