Saat 19.00 sıralarında Büyükelçi Karlov açılışta konuşma yaparken, binaya polis kimliği ile girdiği belirtilen siyah takım elbiseli saldırgan önce havaya birkaç el ateş etti. Daha sonra arkasından dört beş kez Büyükelçi Karlov'a ateş eden saldırgan, o sırada saklanmaya çalışan ve kendilerini yere atan diğer davetlilere salonu derhal terk etmelerini söyledi. Diğer davetliler panik içinde salonu terk ederken yaralanarak yere düşen Büyükelçi Karlov ile yalnız kalan saldırgan birkaç el daha silahını ateşledi. 

Siyah takım elbiseli beyaz gömlekli bir kişi tarafından gerçekleştirilen saldırı, Halep ile ilgili olarak Türkiye’nin Rusya ve İran ile gerçekleştireceği toplantının hemen öncesinde gerçekleşti.