La izbucnirea celui de al doilea război mondial Stauffenberg sa alăturat personalului de Divizia a 6-a Panzer. In timpul Operatiunii Barbarossa Stauffenberg a fost îngrozit de atrocităţile comise de Staffeinel Schutz (SS).
În anul 1942 a început asocierea cu Henning von Tresckow, Schlabrendorff Fabin şi adversarii lui Adolf Hitler. Promovat la gradul de maior, a fost grav rănit atunci când maşina lui personal a fugit într-un câmp de mină şi a fost atacat de avioane inamice. Stauffenberg a pierdut ochiul stâng, două degete de la mâna stângă şi la antebraţ drept.
În timp ce recuperarea de la leziunile sale Stauffenberg a decis sa-l omoare pe Adolf Hitler şi să răstoarne guvernul nazist. Stauffenberg a fost alăturat de Wilhelm Canaris, Goerdeler Carl, Julius Leber, Hassell Ulrich, Hans Oster, Henning von Tresckow, Schlabrendorff Fabin, Peter von Wartenburg, Ludwig Beck, şi Erwin von Witzleben în ceea ce a devenit cunoscut sub numele de Plot iulie.
După Adolf Hitler, Hermann Goering şi Heinrich Himmler a fost asasinat a fost planificată pentru trupele de la Berlin pentru a profita de clădiri guvernamentale cheie, telefon şi centre de semnal, precum şi posturi de radio.
De cel puţin şase încercări au eşuat înainte de a Stauffenberg a decis, la a încerca din nou în timpul unei conferinţe la care au participat Hitler, pe data de 20 iulie 1944. Sa decis sa renunte la planurile de a ucide Goering şi ai lui Himmler, în acelaşi timp. Stauffenberg, care nu au întâlnit pe Hitler înainte, efectuate bomba intr-o servietă şi a pus-o pe podea în timp ce el a plecat să facă un telefon. Bombă a explodat omorând patru oameni în colibă. Braţul drept al lui Hitler a fost grav rănit, dar a supravieţuit exploziei bomba.
Planul a fost de Ludwig Beck, Erwin von Witzleben şi Erich Fromm să preia controlul de armata germană. Această idee a fost abandonată atunci când a devenit cunoscut faptul că Adolf Hitler a supravietuit tentativa de asasinat. Într-o încercare de a se proteja, Fromm a organizat executarea de Stauffenberg, împreună cu alte trei conspiratori, Friedrich Olbricht şi Werner von Haeften, în curtea Ministerului de Război. Acesta a fost mai tarziu raportat Stauffenberg a murit strigând "Trăiască libera Germania".
