Сергей Александрович один, Каляев решился на убийство. Савинков описывал это так:
«Каляев, простившись со мной, прошел, по условию, к иконе Иверской божией матери. Он давно, ещё раньше, заметил, что на углу прибита в рамке из стекла лубочная патриотическая картина. В стекле этой картины, как в зеркале, отражался путь от Никольских ворот к иконе. Таким образом, стоя спиной к Кремлю и рассматривая картину, можно было заметить выезд великого князя…
«Против всех моих забот, — пишет он в одном из писем к товарищам, — я остался 4 [17] февраля жив. Я бросал на расстоянии четырех шагов, не более, с разбега, в упор, я был захвачен вихрем взрыва, видел, как разрывалась карета. После того, как облако рассеялось, я оказался у остатков задних колес. Помню, в меня пахнуло дымом и щепками прямо в лицо, сорвало шапку. Я не упал, а только отвернулся. Потом увидел шагах в пяти от себя, ближе к воротам, комья великокняжеской одежды и обнаженное тело… Шагах в десяти за каретой лежала моя шапка, я подошёл, поднял её и надел. Я огляделся. Вся поддевка моя была истыкана кусками дерева, висели клочья, и она вся обгорела. С лица обильно лилась кровь, и я понял, что мне не уйти, хотя было несколько долгих мгновений, когда никого не было вокруг. Я пошёл… В это время… на меня чуть не наехали сыщичьи сани, и чьи-то руки овладели мной. Я не сопротивлялся. Вокруг меня засуетились городовой, околоток и сыщик… Я пожалел, что не могу пустить пулю в этого доблестного труса» (там же).
Взрыв бомбы, брошенной Калевым, был слышен даже на окраинах Москвы. Особенно сильный переполох произошёл в здании суда. Многие подумали, что это землетрясение, другие, что рушится само здание суда. Все окна по фасаду были выбиты, судьи, канцеляристы попадали со своих мест. Когда через десять минут пришли в себя и догадались, в чем дело, то многие бросились из здания суда к месту взрыва. На месте казни лежала бесформенная куча, вышиной вершков в десять (около полуметра), состоявшая из мелких частей кареты, одежды и изуродованного тела. Голова Сергея Александровича не отыскалась.
«Правительственный вестник» так описывал смерть великого князя: «Неизвестный злоумышленник бросил в карету его высочества бомбу. Взрывом, происшедшим от разорвавшейся бомбы, великий князь был убит на месте, а сидевшему на козлах кучеру Андрею Рудинкину были причинены многочисленные тяжкие телесные повреждения. Тело великого князя оказалось обезображенным, причем голова, шея, верхняя часть груди с левым плечом и рукой, были оторваны и совершенно разрушены, левая нога переломлена, с раздроблением бедра, от которого отделилась нижняя его часть, голень и стопа. Силой произведенного злоумышленником взрыва кузов кареты, в которой следовал великий князь, был расщеплен на мелкие куски, и кроме того были выбиты стекла наружных рам ближайшей к Никольским воротам Кремля части зданий судебных установлений и расположенного против этого здания арсенала» (ГАРФ).
7 (20) февраля 1905 года директор