西德当局最后决定用上述的第三个方案在机场干掉恐怖分子。当局希望神经高度紧张的恐怖分子犯下一个哪怕是小小的错误。但是头戴白色呢帽、鼻梁上架着大墨镜的运动员型的阿拉伯头目却镇定自若、精明强干。他谨慎地检查了直升机后，让4名人质乘第一架飞机，让5名人质乘第二架飞机，包括一名蒙面人在内，恐怖分子分乘两架飞机，第三架飞机由西德领导人、国境警备队员和警察乘坐。
但是这时，却让西德当局大吃一惊，对方恐怖分子竟有8人。在此之前，他们认为恐怖分子的人数最多不超过5名。因此，他们在空军基地只布置了5名狙击队员。这不仅要求射击准确，而且在恐怖分子没有动手杀害人质之前，必须干掉8名恐怖分子。因此，需要非凡的射击技术和运气。
当直升飞机发出轰鸣声，飞越闪着恐怖灯光的空空如也的体育场时，传来了附近运动员的欢呼声。
但是，运动员们谁也没有料到，这是迈向地狱的第一步。
晚11点，有报道说双方在机场交上火。接下来，又传来捷报说8名恐怖分子全部被击毙。幕尼黑人民致欢呼。
耶路撒冷也听到了广播员的“事件圆满解决、人质安然无恙”的声音。梅厄总理转着圈为聚集在一起的内阁成员斟着白兰地酒，并按犹太的传统干了杯，祝贺人质的平安无事。
这一消息也向全世界作了报道。
但是，真实情况并非如此。
晚10点30分，人质、恐怖分子和有关人员乘坐的3架直升机抵达空军基地。直升机着陆后又升空，在侦察了附近的情况后，才再次着陆，停在了距指挥塔35米处。此时，5名狙击队员在指挥塔严阵以待，并决定在直升机和波音727客机之间的150米区域内，狙击恐怖分子。射击所需要的亮度是没有任何问题的，上级指示说，在所有的恐怖分子进入狙击圈内，并有射击命令时，即可开始射击。
晚10点35分，只有4名恐怖分子在地面上的时候，狙击队员开了火。此时，2名恐怖分子刚刚检查完波音727客机，正在返回途中，另外2名恐怖分子以飞行员作掩护，正向波音727客机走去。恐怖分子2名被击毙，1名负伤。
与此同时，恐怖分子也向人质开枪进行威胁，并向指挥塔射击。之后，安静了一会儿。大约l小时以后，又响起了枪声。似乎是恐怖分子爆炸了直升飞机，直升机燃起了熊熊大火。
0点45分，警备队员顺利登机，5名恐怖分子被击毙。莫哈默德·阿布塔拉、伊布拉希姆·巴德兰和埃尔·德纳维三人成了俘虏。
验尸结果表明，全部死亡的人质中，5人中弹，4人被活活烧死。
9月6日凌晨3点，巴伐利亚州的内务部长用沉痛的声音发表了令人可怕的消息：营救作战失败，5名恐怖分子被打死，3名被俘，1名飞行员、1名警备队员、9名人质全部死亡。这一悲剧，3个小时以后传遍了世界各地。
此次恐怖突袭事件带给人心灵上的创伤是巨大的，很多亲眼目睹这恐怖事实的运动员无精打采、无心恋战。整个奥运村飘荡着沉闷压抑的空气。在筹备奥运会中作了长期不懈努力的组织委员长维利·达梅说：“坦率地说，我不赞成继续比赛。”以色列体育代表团说：“从哀悼死者和否定暴力意义上讲，应该中止比赛。从人道角度说也绝对不能再赛下去。”
但是，也有相当一部分反对者，他们认为“如果中止比赛，正好是达到了恐怖分子的目的，陷入了他们的圈套”。可是，就连主张继续比赛的人们也对继续比赛的时间持慎重态度。
恐怖行动后的6日早晨，国际奥林匹克委员会召开理事会议。会上议论纷纷，最后接受了布朗迪基主席的意见，决定比赛继续举行。
理事会一天前已决定在体育场为被杀害的2名以色列运动员举行追悼礼拜，同时重新开始比赛。在11名选手已经死亡，世界上数百万的人们以悲痛的心情听到这个惨剧之后，理事会也没有改变继续比赛的决议。比赛于当天在体育场举行了追悼礼拜仪式之后，重新开始。
上午10点钟，追悼礼拜开始，大约有8万人参加。身着运动夹克衫、头戴小帽的以色列运动员坐在了最前排，一旁还放着11张空椅子。布朗迪基主席在主席台上宣布比赛继续举行。他高声强调说：“两种野蛮的行为伤害了奥林匹克盛会，一个是排除罗得尼亚参加本届奥运会，另一个是对以色列运动员的恐怖行为。奥林匹克的精神不允许破坏。”
在响起稀稀拉拉的鼓掌声时，以色列原奥林匹克运动员希德恩·阿利埃尔悲伤地说：“我不知诸位是怎样想的。当体育场上空飘扬的世界各国的国旗降半旗的时候，为什么还要继续进行比赛呢？”
西德总统海涅曼说：“奥林匹克精神还活着，我们有义务更加爱护这种精神。”
可是由于阿拉伯各国强烈抵制这次追悼礼拜，比赛不得不推迟了一天。6日下午4点50分比赛重新开始，首先举行了手球比赛。
运动员中有的说：“即使中断一天，也会把劲头搞没的。”美国的长跑运动员普里夫思还说；“我的计划全被打乱了。”但是，不少运动员同意重新进行比赛。至少从表面看，奥林匹克大会又恢复了前两天的那种热烈景象。
9月11日举行闭幕式，比原计划延期一天。奥委会本想把闭幕式搞得简朴而肃静，可是年轻的运动员们还是又笑又跳，十分热烈。只有主席台上挂着的那面以色列国旗上的大卫之星，在白的布上显得更加幽蓝，表示着它的寂寥。
全部以色列人质之死，带给勃兰特总理沉重打击。这次悲剧使他长期以来追求同阿拉伯世界和解所做的努力化为乌有，同时也将影响他12月份大选中的再次当选。
勃兰特总理下令就下列事项进行特别调查：警备队员在机场造成的营救的愚蠢失败；奥林匹克村安全措施的漏洞以及误报原因等。
当时，西德当局采取的措施是得到以色列认可的，而且除此以外也别无他法。但是，营救作战的后果是残酷的。在选定狙击手人数方面的失误以及时机不当就开枪射击，这是毫无辩解余地的。实际上，2名以色列专家当时就在机场，但西德当局还是按自己的判断下令开枪。
也有人对奥运村的安全措施提出质疑。首先有一种批评认为：西德当局应该对以色列代表团实施特别的警卫。以色列外交部发言人也说：“东道主应该负警卫的责任，如果西德当局建议进行特别警卫的话，毫无疑问，我们会接受的。”
但是，据西德当局说，以色列曾经说过：“我们要自己保护选手代表团，不需要其他特别措施。”
也有报道说，实际上以色列并没有配备秘密特工，在代表团当中只配备了2名警卫员。
但是，两国实际上都在推卸责任，因为不管怎样都应该对以色列选手实行更严密的警卫。
7日上午8点，埃尔·阿尔航空公司的专机载着以色列代表团(包括10名运动员的尸体)从慕尼黑起飞，返回祖国。在特拉维夫机场的一角，死者的亲属和众多的群众悲痛欲绝地等在那里。
死者的亲戚朋友痛哭不已，向用国旗盖着的灵枢献上一束束鲜花，身穿运动夹克衫、头戴白帽，仍然是慕尼黑追悼会打扮的运动员紧随其后。
下午2点，为死难者举行了国葬。阿隆副总理代表梅厄总理致了悼词：“这是与奥林匹克精神相违背的残酷行为，我们要战斗到底。”
以色列毫不迟疑地迅速采取了报复行动。
7日早晨，以色列陆军巡逻部队在与黎巴嫩交界处杀害了1名阿拉伯游击队员。之后，又越过国境线侵入黎巴嫩境内，追踪了一帮游击队员。
翌日，以色列空军又侵入黎巴嫩和叙利亚的腹地，轰炸了10处游击队基地和海军基地。鬼怪式轰炸机和海市蜃楼式轰炸机，17分钟结束轰炸，包括游击队员在内约有60余人在炸弹和火箭的攻击下丧生。
另外，以色列战斗机在格兰高地上空同叙利亚战斗机展开了空中较量。据报道以军击落3架叙利亚战斗机。
以色列军事当局说：“我们期待着法塔赫和‘黑九月’游击队接受我们的以眼还眼、以牙还牙的条件，如果他们不答应，我们将保留进一步行动的自由。”但是很难想象游击队会屈服于这种威胁。事实上，游击队的屠杀、以色列的报复，仍在继续进行着。
在美国，尼克松和民主党总统候选人乔治·马克格文都谴责了恐怖事件，并说：“要防止恐怖事件的发生，不得不采取强硬的手段。”尼克松总统进一步强调说：“必须对以色列血统的美国人和访问美国的以色列人采取最大的安全保护措施。”民主党总统候选人马克格文说：“要对庇护罪犯的国家给予制裁，并从国际社会中驱逐出去。”
各国领导人都呼吁防止恐怖行动，但想取得步调一致是很困难的，因为各国的利害关系并不相同。在华盛顿召开的防止劫机事件的17国会议也没能达成协议，即中止飞机进入庇护劫机犯的国家。就连美国的同盟国英国、法国等国家，也把商业方面的利益放在优先地位。对阿拉伯采取单独政策的苏联，当然也不会明确表态制裁阿拉伯国家。
历史上的古希腊在奥林匹克运动会期间也没有停止过战争，但是他们对运动员绝对保证安全。可是，恐怖分子不但把战斗带入奥运村，而且向全世界表明世界是不安全的。他们这样做同时也影响到阿拉伯同胞的生命，威胁了中东和平。
7日晚上，举行了审判大会。慕尼黑检察厅以绑架和杀害11名以色列运动员的罪名，对3名生存的恐怖分子进行了起诉。另外，还决定送还5名恐怖分子的尸体，并通告了阿拉伯联盟事务局长利亚德。11日尸体运到了利比亚。
11日晚，开罗的巴勒斯坦人公布了恐怖分子在进入以色列运动员宿舍数小时之前写的一份遗书。遗书对干扰奥林匹克大会表示道歉，并且说他们并不想破坏这个美好的世界，只是想用死的方式来让全世界承认犹太复国主义者统治阿拉伯人的可怕现实。