联邦德国警方已决定佯装答应提供飞机，因为此时恐怖分子已把截止日期又延长至晚上12点，并降低了要求，只要求派一架飞机将他们和人质送到埃及开罗。如果到时以色列仍不交出被关押的巴勒斯坦人，他们就在开罗处死运动员。联邦德国的边防警察部队（在此之后改建为反恐怖大队，又被称为“德国GSG9特种部队”）准备在恐怖分子到达机场后，在飞机起飞前发起进攻性袭击。扎米尔阅毕方案，感到这次行动组织得不好：准备工作很草率，狙击手太少，武器也不够先进，行动能否成功，实在没什么把握。但是，扎米尔没有发表异议，因为他一时也拿不出什么好主意。晚上10点，扎米尔在德方军官的陪同下，登上了慕尼黑市郊菲斯腾费尔德布鲁克机场的控制塔。他“有幸”亲眼目睹了机场跑道上发生的这场悲剧的最后一幕。10点20分左右，两架直升机从奥运村附近一块草坪上腾空而起，朝着菲斯腾费尔德布鲁克机场飞来。机上载着九名以色列人质和八名恐怖分子，他们是乘一辆大众牌汽车来到直升机旁登机的。扎米尔日后回想起来，觉得应该在恐怖分子下汽车后向直升机走去的时候实施伏击，尽管这是事后才认识到的，但在当时的确就意味着失去了行动的最佳机会。

一刻钟后，两架直升机在距一架波音727喷气式飞机约100米处降落。恐怖分子强迫驾驶员站在前面，然后四名恐怖分子走出直升机去检查客机。机场的灯光造成许多阴影，使人难以辨别谁是人质，谁是恐怖分子，狙击手们顿时感到困难起来。几分钟后，5名狙击手便在昏暗中从远处慌乱地开火了，但没打中目标，从而失去了奇袭的威力。听到枪声，恐怖分子迅即举枪还击。直升机的驾驶员见势不妙，拔腿就跑，其中两人安全脱险，另两人被交叉火力击中，负了重伤。以色列人质则无法动弹，他们还坐在直升机内，眼睛被蒙住，手脚被紧紧地捆着。双方对射了足有一个多小时，恐怖分子狂傲地拒绝了联邦德国警方的几次劝降，尽管他们明知这是免于一死的唯一出路。联邦德国方面因为直升机内还有人质，因此火力受到限制，于是，临时决定在六辆装甲车的掩护下，突击队员直接向上冲。然而，就在装甲车开动的同时，一名恐怖分子向一架载有五名以色列人质的直升机里投了一颗手榴弹，直升机顿时化为一团烈火。紧接着，另外两名恐怖分子枪杀了第二架直升机内的4名人质。令人痛惜不已的是，倘若装甲车攻击推迟几分钟，第二架直升机上的四名人质便能幸免于难，人们发现，捆绑他们的粗绳结上留有牙痕。这表明这四人用不了多久就能挣脱绳索，出其不意地袭击守在直升机外的两名恐怖分子。至于第一架直升机上的五名人质，则无法断定采取了什么行动，他们的躯体已被烧为灰烬，无法辨认。直到凌晨2点30分，警方才击毙了最后一名负隅顽抗的恐怖分子，他的真名叫穆罕默德?马萨尔哈德，他曾作为一名建筑师参加过修建慕尼黑奥运村，因此对现场极为熟悉。

战斗结束了，一共有九名以色列人质、两名联邦德国警官和五名恐怖分子死在机场上。另有三名恐怖分子被捕。