El grupo, que se autodenominaba Septiembre Negro, exigía la liberación de 234 prisioneros alojados en cárceles israelíes, como también la liberación de los fundadores de la Facción del Ejército Rojo, Andreas Baader y Ulrike Meinhof, quienes estaban presos en Alemania. El 5 de septiembre de 1972, ocho terroristas entraron en el apartamento de la villa olímpica donde se alojaban los atletas israelíes. Dos de los israelíes murieron durante el asalto.
Los terroristas exigieron después un avión para volar hasta El Cairo. Fueron trasladados a un aeropuesro en dos helicópteros, junto con sus 9 rehenes. Allí, las fuerzas de seguridad alemanas habían apostado un grupo de francotidadores (que más tarde se descubrió que no estaban entrenados para ese tipo de situaciones, simplemente practicaban tiro los fines de semana) con órdenes de abatir a los terroristas. Durante el posterior tiroteo murieron tres de los secuestradores, así como uno de los policías que se encontraban en la torre de control.
Los restantes terroristas se parapetaron detrás de los helicópteros, en el interior de los cuales los rehenes permanecían atados. Cinco minutos más tarde, uno de los terroristas arrojó una granada al interior del primer helicóptero, que explotó matando a cuatro atletas y al piloto. Entonces, dos de los palestinos fueron abatidos, y otro de ellos abrió fuego contra los rehenes del segundo helicóptero. Los tres terroristas que quedaban fueron posteriormente reducidos y detenidos.
Sin embargo, tras el secuestro de un avión de la compañía Luftansa meses más tarde por otros terroristas palestinos, los tres fueron puestos en libertad. En este caso, nadie resultó herido.
Como represalia, Israel decidió poner en marcha los dispositivos “Operación Primavera de Juventud” y la “Operación Cólera de Dios”, durante las cuales todo palestino sospechado de haber estado involucrado en la masacre, fue sistemáticamente rastreado y asesinado por fuerzas especiales y de inteligencia israelí. Durante estas operaciones murieron cuatro transeúntes en Líbano, durante un tiroteo, y un inocente en Noruega que había sido confundido con un terrorista.
Las actividades olímpicas se suspendieron únicamente el día 5 de septiembre. Ese mismo día el resto de atletas israelíes abandonaron el país, y el día 7 los egipcios siguieron su ejemplo. El COI se negó a levantar un monumento permanente en honor a las víctimas, ya que «el hecho de hacer una referencia explícita a las víctimas podría enojar al resto de la comunidad olímpica».
