由于海德里希的行动异常诡秘，他的住所更是戒备森严，外人难以接近，因此一连几个月，刺杀小组都没有找到下手的机会。
1942年5月23日，一个扮成钟表匠的捷克斯洛伐克抵抗运动组织成员打入了海德里希的住所，并得知他5月27日将由乡村别墅去布拉格住所。于是，刺杀小组的4个主要成员———阿道夫·奥帕卡中尉、约瑟夫·沃尔茨克中士、简·库毕斯中士和约瑟夫·加比奇克中士决定在海德里希途经之地实施刺杀计划。
5月27日，刺杀小组来到伏击地，4个人按照计划各自进入战斗位置。不久，海德里希的敞篷车缓缓驶来。伞兵们选择的伏击位置是经过仔细挑选的，这个拐角位置偏僻，行人稀少，汽车经过这里都要减速，正适合瞄准。海德里希的汽车很快驶到拐弯处，开始放慢行驶速度。加比奇克突然掀开他的外罩，抽出暗藏的冲锋枪开始射击，不幸的是，冲锋枪在这个关键时刻失灵了。这时候，坐在汽车后座的海德里希已经发现了加比奇克，此时如果海德里希命令司机加速逃离现场，也许这次谋杀将以失败告终。可是海德里希误以为只有一个刺客，于是他尖叫着让司机停车。汽车猛地停在弯角的另一端，在库毕斯埋伏地点的不远处。
海德里希从车上站起来，去拔自己的手枪，这时候，库毕斯意识到加比奇克的冲锋枪出了故障，他毫不犹豫地将炸弹投掷出去，剧烈的爆炸将敞篷汽车的车体炸穿了一个洞，海德里希的身体有多处被炸弹的碎片击中。
行刺成功的伞兵们开始撤退，加比奇克与海德里希的司机用手枪进行了长时间的交火，最终他击伤了敌人并成功脱身。库毕斯则骑着事先放在附近鞋店门口的一辆自行车迅速撤退，而负责瞭望的奥帕卡和沃尔茨克根本没有引起任何人注意，很从容地离开了现场。
闻讯赶来的警察立即将海德里希送往布拉格的一家医院。他的肺部和下腹部多处受伤，不过手术很成功，似乎海德里希不会有生命危险，后来还可以进食了。可是几天后，他的伤势又恶化了，并在6月4日早晨见了阎王。
关于海德里希的伤势突然恶化的原因众说不一，尸体解剖证明他是死于胸膜炎。然而，二战后，来自英、美等国的消息说，那颗特殊的炸弹里装有生物制剂，海德里希是反法西斯盟国生物武器的牺牲品。
希特勒为海德里希举行了盛大的国葬仪式，在葬礼上他情绪激动，只说了几句话就黯然离开，足见海德里希之死对希特勒是一个多么大的打击。
敢死队员英勇就义，纳粹残酷报复捷平民
海德里希之死，使德国的情报组织遭受了重大损失，德国掌控的捷克斯洛伐克伪政权也开始摇摇欲坠。为了挽救败局，德国盖世太保对捷克斯洛伐克人进行了疯狂的报复，先后有上万人被捕，约1500人被杀。执行谋杀任务的两位敢死队员曾经逗留过的两个村庄几乎被盖世太保夷为平地。所有的男人均遭枪决，妇女则被关进了集中营，小孩被送进教养院。
布拉格的盖世太保和帝国保安部还在全城进行了大搜捕，并且悬赏200万马克捉拿凶手。
由于两个被捕的捷克斯洛伐克伞兵叛变，盖世太保从而了解到袭击者的姓名、军衔、袭击的细节以及一些文件内容和武器情报，并以此为线索展开追查。
刺杀行动成功几天后，隐藏起来的7名伞兵会合起来计划如何安全撤退。他们选择的集合地点在布拉格的一座教堂。但是，他们的行动被顺藤摸瓜的盖世太保获悉。
1942年6月18日，德军包围了教堂，7名伞兵坚守教堂达14个小时。他们在墙后面、祈祷室和忏悔室里与敌人展开殊死搏斗。德国人使用冲锋枪和火焰喷射器进攻，在战斗中，奥帕卡、库毕斯和斯瓦兹3名伞兵先后牺牲。
占领了教堂地面建筑后，德军开始攻击剩余的4名伞兵。沃尔茨克、布波利克、加比奇克和赫鲁伯这4名伞兵躲藏在教堂的地下室内。在德军进攻地下室的时候，他们在地下室的入口甬道内击毙了许多敌人，德国人掀开了入口台阶处的上层石块，又派进去更多的人，试图占领地下室，却被伞兵们轻易击退。无奈之下，德军先是放水，然后又用烟熏，但是一次次进攻都被伞兵们瓦解。最后，当伞兵们的冲锋枪子弹用完后，4个人全部服毒自杀。在整个攻取教堂的战斗中，有14名德国士兵被击毙，21人受伤。反法西斯战争胜利后，捷克斯洛伐克政府为刺杀行动的牺牲者建造了纪念碑以怀念他们的伟大功绩。
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