讲话结束后，大公夫妇也要暂时分开了。按照日程安排，索菲将在市政厅一层的一个房间里会见穆斯林妇女代表团，男性不能进入该房间，这样参会的妇女们就可以揭开面纱。房间并不宽敞却很温暖，大公夫人在看到其中一个妇女代表带着自己的孩子一起前来时，似乎也勾起了她对自己孩子的想念，面露忧色，她说道： “你们看，这个小女孩跟我家的小索菲差不多高呢。”后来她再次提到，她和丈夫都希望能与他们的孩子尽快团聚，并表示“我们从来没有扔下孩子这么久不管”。与此同时，斐迪南大公口授了一封电报给奥匈帝国皇帝，表示他们二人都很好，此时正在市政厅里。但早上的意外所带来的惊吓这时似乎开始在他身上造成影响，据一个当时在场的人后来回忆称，斐迪南大公“说话的声音显得滑稽而尖锐”，“他站立的姿势也很怪异，就像踢正步一样交替抬起双腿。我想他可能借此表示他并没有因为早上的意外而害怕”。当然，他的表情也流露出对波蒂奥雷克的安保工作的严重失误非常不满。

访问活动接下来怎么进行？原先的计划是车队在行驶过大集市时右转，开上弗朗茨·约瑟夫大街，之后开到国家博物馆。斐迪南大公询问波蒂奥雷克是否还有遭到袭击的隐患，根据波蒂奥雷克后来讲述的，当时他给出了一个令人大跌眼镜的答复，他“希望没有，但即便有着铜墙铁壁一般的安保防护，也无法完全防止近距离的袭击”。出于安全起见，波蒂奥雷克建议取消接下来的行程安排，直接开车出城回到伊利兹镇，或者去州长的官邸，并从那里沿着河的左岸一路前往火车站。但斐迪南大公一心想去探望正在西郊的驻军医院里疗伤的波蒂奥雷克的那名受伤的副官。当然，博物馆之行必然取消了，车队将原路返回，不再经过弗朗茨·约瑟夫大街，以防遭遇更多的袭击。此外，按照原计划，斐迪南大公夫妇在市政厅的活动结束后也将分开，大公前往博物馆，他的夫人则前往州长的官邸。但索菲在所有人面前毅然决然地表示：“我要和你一起去医院。”出于安全考虑，哈拉赫决定站在车左侧的踏板上（朝着河的那一侧），防止遭遇其他袭击。

伴着烈日，车队离开市政厅一路向西行驶，但大家都忘了将行程的变动告知司机，当车队经过大集市后，前导车右拐驶入弗朗茨·约瑟夫大街，后面载着斐迪南大公夫妇的车也随即跟上。波蒂奥雷克责备司机：“我们走错路了！我们应该原路返回！”汽车停了下来，（由于没有倒车挡）缓慢地返回主干道。

普林西普的机会来了，他早已埋伏在弗朗茨·约瑟夫大街右侧的一家商店门前，此时他终于有机会追上这辆几乎停在原地的车。由于来不及解开腰间的炸弹， 他掏出左轮手枪连开两枪，子弹直接朝着目标射去，而此时站在车左侧的哈拉赫只能眼睁睁看着右侧飞来的子弹。据普林西普后来的供述，当他从店铺门前遮阳棚的阴影里冲出来瞄准的时候，时间似乎都静止了，而索菲的眼神一度让他迟疑不决：“当我看到一个女士坐在他的身边，我曾犹豫是否要开枪。而同时，我的心里也是百感交集……”在波蒂奥雷克后来的讲述中，也对当时的那一幕有着特别的感受：我坐在车上，注视着杀手的脸，他开枪了，但似乎并没有烟尘和火光出现，取而代之的是寂静，仿佛子弹来自遥远的方向。一开始人们都以为刺客打偏了，因为斐迪南大公夫妇依然端坐在座椅上，但实际上他们当时都已经受了致命的弹伤。第一颗子弹穿过了车门，击中大公夫人的腹部并瞬间切断胃动脉；第二颗子弹则击中了大公的脖子，穿过颈静脉。当车向着目的地酒店开去的时候，索菲的身子倒了下来，面贴到了她丈夫的双膝上，波蒂奥雷克起初以为她只是吓得休克了。直到他看到鲜血从斐迪南大公的嘴里涌出，他才意识到事态远比想象的严重。而站在踏板上的哈拉赫则探身进到车内，拽着大公的领子使他的身体保持坐着的姿势，这时他听到弗朗茨·斐迪南气若游丝的声音：“索菲，索菲，你不能死，要为咱们的孩子活下去！”装饰着绿色鸵鸟羽毛的头盔从他头上滑落，当哈拉赫询问他的伤是否严重时，斐迪南大公一遍遍重复着：“这算不了什么！”之后陷入昏迷。