Het antwoord van Israël was kort en duidelijk, er werd niet onderhandeld. Israël bood aan om in terrorisme getrainde special forces te sturen, maar Duitsland weigerde dat. De Duitse politie die een bevrijdingsactie wilde uitvoeren was echter niet getraind voor dit soort acties. Onderhandelaars boden een ongelimiteerde hoeveelheid geld aan in ruil voor de vrijlating van de atleten, maar dit werd geweigerd.
De onderhandelaars waren blijkbaar wel in staat om de terroristen ervan te overtuigen dat hun eisen in overweging genomen werden, want de ultimatums werd steeds verlengd. De spelen gingen intussen gewoon door totdat een toenemende druk op het Internationale Olympisch Comité, 12 uur nadat de eerste atleet vermoord was, ervoor zorgde dat de spelen opgeschort werden.
Na meer dan een halve dag van intensieve onderhandelingen eisten de terroristen dat ze naar Cairo konden vertrekken. De Duitse autoriteiten veinsden dat ze daar op in gingen, hoewel ze wisten dat Egypte niet in de zaak betrokken wilde worden. Om 10 over 10 ’s avonds werden de terroristen en hun gijzelaars per bus overgebracht naar twee helikopters die op een nabijgelegen NAVO basis waren opgesteld. Met deze helikopters zouden ze overgebracht worden naar het vliegveld. Maar de Duitse autoriteiten waren helemaal niet van plan om ze te laten vertrekken.
Er werd een hinderlaag gelegd met vijf Duitse scherpschutters. Maar geen van deze schutters had daarvoor een goede training. Drie schutters bevonden zich op het dak van de verkeerstoren, één schutter bevond zich achter een service truck en de vijfde bevond zich achter een signaalkast op de grond.
Er stond een Boeing 727 gereed op de landingsbaan met vijf of zes gewapende Duitse politiemannen aan boord, gekleed als cabinepersoneel. De bedoeling was dat ze de terroristen die het vliegtuig kwamen inspecteren zouden overmeesteren en dat ze daarbij de scherpschutters de kans zouden geven om ze te doden.
Tijdens het transport per bus naar de luchthaven werd echter duidelijk dat er niet vier of vijf gijzelnemers waren zoals men had gedacht, maar dat het er acht waren.
Op het laatste moment, toen de helikopters al aankwamen, besloten de politieagenten in het vliegtuig, zonder het centrale commando te raadplegen, om de zaak af te blazen. Daardoor bleven alleen de vijf scherpschutters over om de terroristen, die meer in getal waren en ook zwaarder bewapend dan men oorspronkelijk dacht, in hun eentje uit te schakelen.
Om half elf ’s avonds landden de helikopters en verschenen de vier piloten en zes van de terroristen. Vier van de terroristen hielden de piloten onder schot, waarmee ze hun belofte verbraken om geen Duitse gijzelaars te maken. Twee van de terroristen gingen het vliegtuig inspecteren en vonden het toestel leeg. Ze begrepen dat ze er ingeluisd waren en ze renden terug naar de helikopters. Het was toen ongeveer 11 uur ’s avonds en de Duitse autoriteiten gaven het bevel aan de scherpschutters om het vuur te openen.
In de daarop volgende chaos werden twee van de terroristen die de piloten onder schot hadden gedood. De overige terroristen trachtten zich in veiligheid te brengen. Daarbij zochten ze dekking achter de helikopters, buiten het zicht van de scherpschutters. Ze schoten veel van de vliegveldverlichting stuk en door hun schoten werd de Duitse politieman die het commando had over de verkeerstoren gedood. De helikopterpiloten wisten te vluchten, maar de gijzelaars die vastgebonden waren konden dat niet. Ze probeerde wanhopig om zichzelf te bevrijden en er werden na het vuurgevecht afdrukken van hun tanden gevonden in de touwen waarmee ze vastgebonden waren.
De Duitsers hadden van te voren er niet aan gedacht om meer gewapende mannen aan te voeren. Dat deed men pas toen men zag dat men in een impasse zat. Men was echter vergeten om de wegen naar het vliegveld vrij te houden en de vrachtwagens waarin ze zaten kwam vast te zitten in het verkeer en arriveerden pas rond middernacht.
Om 4 minuten na middernacht op 6 september vuurde een van de terroristen in het wilde weg in een van de helikopters. Daarna gooide hij een handgranaat in de helikopter die een enorme explosie veroorzaakte, waarbij de helikopter ontplofte en alle gijzelaars gedood werden.
Twee andere terrorist renden over de landingsbaan waarbij ze op de politie schoten. Beiden werden gedood. Wat er precies met de andere gijzelaars gebeurd is staat nog steeds ter discussie. Volgens een Duits onderzoek werd één van hun eigen scherpschutters en een aantal gijzelaars per ongeluk door de eigen politie doodgeschoten. Een reconstructie van de gebeurtenissen door Time Magazine toonde aan dat een derde terrorist in de deur van de helikopter stond en de overige gijzelaars in een regen van kogels doodde. Daarbij explodeerde de helikopter.
Drie van de terroristen lagen op de grond, waarbij twee van hen zich dood hielden. Zij werden alle drie gearresteerd door de Duitse politie. De vierde nog overgebleven terrorist wist oorspronkelijk te ontsnappen, maar werd 40 minuten later ontdekt op de parkeerplaats van het vliegveld. Rond half twee werd hij doodgeschoten in een vuurgevecht met de politie.
Aanvankelijk werd het nieuws door reporters over de wereld verspreid dat alle gijzelaars in leven waren en dat alle terroristen gedood waren. Pas later werd de werkelijke omvang van dit drama duidelijk.
Op 5 september waren de Olympische Spelen voor 1 dag opgeschort, iets dat nog nooit eerder gebeurd was. Op 6 september werd in het Olympisch Stadion een herdenkingsdienst gehouden, bijgewoond door 80.000 toeschouwers en 3.000 atleten. De toespraak over de sterkte van de Olympische beweging van de voorzitter van het Internationale Olympisch Comité, Avery Brundage, bevatte geen enkele verwijzing naar de vermoorde atleten.
Veel van de aanwezigen in het Olympisch Stadion, die eigenlijk naar de voetbalwedstrijd van Duitsland tegen Hongarije kwamen, hadden lawaaimakers bij zich en zwaaiden met vlaggen. Toen een aantal toeschouwers een spandoek met de tekst: “17 doden, nu al vergeten ?” ontvouwden werden het spandoek door beveiligingsambtenaren afgepakt en werden deze toeschouwers verwijderd. Tijdens de plechtigheid hingen op last van bondskanselier Willy Brand de Olympische vlag en de vlaggen van vrijwel alle landen halfstok. De Sovjet Unie en tien Arabische landen eisten dat hun vlag in top zou zijn. En dat werd door Brand geaccepteerd.
Willi Daume, de voorzitter van het Duitse organiserende comité wilde rest van de spelen afgelasten, maar Brundage wilde per se doorgaan en dat gebeurde ook.
Op 6 september kondigde het Israëlische team aan dat ze München zouden verlaten. Het Egyptische team verliet München op 7 september omdat ze vreesden voor represailles. Het Filippijnse en Algerijnse team verlieten de spelen ook. Enkele leden van het Noorse en Nederlandse team verlieten de spelen eveneens. Nederland trok zich dus niet terug. Maar de langeafstandsloper Jos Hermens was één van de Nederlanders die de spelen verlieten. Zoals hij zei: “Als je een feest geeft en iemand wordt op dat feest gedood, dan ga je niet met dat feest door, dan ga je naar huis. En dat is wat ik ga doen.”
Op de ochtend van 5 september wist men niet zeker of er nog terroristische groepen in het Olympisch dorp aanwezig waren. Mark Spitz, zelf een jood, gaf zichtbaar nerveus een persconferentie, geflankeerd door coaches en Duitse politiemensen. Hij verklaarde: “Ik denk dat de moorden in het dorp heel tragisch zijn. Ik heb verder geen commentaar.” Bedenk wel dat er op dat moment “nog maar” twee doden gevallen waren. Na de persconferentie vertrok hij gelijk naar Londen.
Spitz werd bekritiseerd omdat al over zijn filmcarrière sprak terwijl er nog 9 gijzelaars door de terroristen werden vastgehouden. Ondanks wat negatieve kritieken daarover in de pers werd hij in Amerika als een held verwelkomd. Hij stopte met zwemmen en ontvouwde zijn plannen voor het opzetten van een school voor tandartsen. Zijn agent noemde hem de grootste held sinds Lindbergh en een van de twee mensen waarvan alle Amerikanen de naam wisten (de andere was die van president Nixon).
Spitz tekende contracten als woordvoerder van Schick Company, de adviescommissie van California Milk, Adidas, Speedo en talloze andere bedrijven die van alles produceerden, van zwemdaden tot mannenondergoed.
