Po měsících příprav, zjišťování podrobných informací a vymýšlení definitivní podoby útoku nastal pro Josefa Gabčíka a Jana Kubiše, členy výsadku Anthropoid, rozhodující den. Po pěti měsících od seskoku přistoupili 27. května 1942 k realizaci svěřeného úkolu. Jak dnes již víme, celá akce se nakonec odehrála poněkud jinak, než si parašutisté představovali, ale konečný cíl byl splněn. Heydrich byl odstraněn, byť zemřel až po několika dnech v nemocnici, a nikoliv v libeňské zatáčce, jak bylo plánováno.
Oba parašutisté přijeli na místo útoku v Libni krátce před devátou hodinou ranní 27. května 1942. V zatáčce tehdejší Kirchmayerovy, dnešní Zenklovy ulice čekali na příjezd zastupujícího říšského protektora více než hodinu a půl. Ten den jel Heydrich o něco později, takže se nervozita parašutistů zřejmě každou minutou násobila.
Na místě předpokládaného útoku sestavil Josef Gabčík pod pláštěm samopal Stengun, jímž chtěl zaútočit na Reinharda Heydricha i jeho řidiče Johannese Kleina.
Heydrichova mercedeska se konečně objevila v 10.35. Navzdory předpisům nešlo o opancéřovaný vůz, ale o luxusní limuzínu a zastupující říšský protektor jel navíc i bez jakékoliv ochranky.
Bomba a samopal, nebo samopal a bomba?
Podle informací z britských archivů měla být zřejmě jako první použita bomba a teprve poté střelba ze samopalu. Proč došlo k otočení a první se pokusil Josef Gabčík zaútočit střelbou, nebylo dodnes zcela vysvětleno. Spekuluje se o tom, že spěchající Heydrich přijel na místo rychleji než obvykle, možná se v tom podle některých teorií odrazila i náhodná sestava tramvají v místě, ale skutečné důvody známé nejsou.
Víme jen, že jako první zaútočil Josef Gabčík, který měl ze svého stanoviště na okraji chodníku Heydrichovu hlavu přesně ve výši hlavně své zbraně. Jenže jak už dnes z archivních záznamů víme, došlo k zaseknutí zbraně a žádný výstřel se neozval. V tu chvíli Heydrich zareagoval povelem svému řidiči, aby zastavil. Klein opět proti všem předpisům poslechl a dopřál tak čas Janu Kubišovi, aby mohl po vozidle vrhnout pumu vyrobenou z britského protitankového granátu vz. 73. Netrefil se však dovnitř vozu, což by bylo pro výsledek akce optimální, neboť by exploze oba muže uvnitř mercedesu zabila. Puma ale dopadla na zadní stupátko a výbuch prorazil karoserii a vyvrátil dveře. Reinhard Heydrich byl zraněn střepinou bomby do zad.
V nastalém zmatku Jan Kubiš, kterého exploze poranila v obličeji, naskočil na připravené kolo a ujel do Libně. Josef Gabčík odhodil nefunkční samopal a ztratil se v úzkých libeňských uličkách, kde ho pronásledoval Heydrichův řidič. Po několika desítkách metrů se pokusil ukrýt v řeznickém krámku Františka Braunera, mylně se domnívaje, že obchod má zadní východ. Majitel krámku na něj Johannese Kleina upozornil a před řeznictvím tak došlo k přestřelce. Josefu Gabčíkovi se podařilo svého pronásledovatele zasáhnout do nohy a následně uprchnout směrem do města. Kolem jedenácté hodiny dopoledne už byl v bytě Svatošových v Melantrichově ulici, umyl se a převlékl.
Krvácející Jan Kubiš ujížděl na kole směrem k Libni, kde nechal bicykl stát před prodejnou Baťa, a došel do bytu manželů Novákových, kde jej Marie Nováková provizorně ošetřila a dala mu čisté šaty. Její dcera, teprve čtrnáctiletá Jindřiška, pak kolo od prodejny odvezla.
Na místě útoku nechali parašutisté nejen samopal Stengun bez ramenní opěrky, ale i pánský letní kabát, čepici, dámské jízdní kolo a dvě aktovky. V jedné z nich byla neodjištěná bomba stejného typu, jakou použil Jan Kubiš. Všechny tyto věci s výjimkou samopalu byly od 28. května vystaveny ve výloze obchodního domu Baťa na Václavském náměstí a doprovázeny otázkou „Kdo pozná zde vystavené věci?“.
Bez zrady by nacisté tápali
Již 27. května ve večerních hodinách vyhlásil K. H. Frank výjimečný stav nad celým územím protektorátu a zároveň vstoupil v platnost zákaz nočního vycházení. Vyhlášení výjimečného stavu obsahovalo mimo jiné toto: „Dne 27. května 1942 byl v Praze spáchán atentát na zastupujícího říšského protektora SS-Obergruppenführera Heydricha. Na dopadení pachatelů se vypisuje odměna 10 milionů korun. Kdo pachatele přechovává, anebo jim poskytuje pomoc, anebo má povědomost o jejich osobě, anebo o jejich pobytu a neoznámí to, bude zastřelen s celou svou rodinou.“
Samotný útok, ale hlavně Heydrichova smrt 4. června roztočily na území protektorátu brutální represálie. Ale ani každodenní vraždy, ani bezprecedentní vypálení obce Lidice neměly žádnou odezvu a útočníci i jejich pomocníci zůstávali stále neznámí. Rozplést klubko domácích pomocníků i objevit samotné útočníky a dalších pět parašutistů z dalších skupin pomohla až zrada Karla Čurdy 16. června.
Teprve poté nacisté zjistili, že muži jsou ukryti v kryptě pravoslavného kostela sv. Cyrila a Metoděje v Resslově ulici. Dne 18. června zde sedm československých parašutistů v nerovném boji s německou přesilou padlo. Kromě nich bylo pozatýkáno a později zavražděno i 294 osob, které se na podpoře výsadku Anthropoid i dalších skupin přímo či nepřímo podílely.