W planowanym zamachu miał uczestniczyć, oprócz Ağcy, drugi strzelec, Oral Celik. Po oddaniu strzałów spiskowcy planowali, że rzucą w tłum mały ładunek wybuchowy i zbiegną korzystając z paniki. Potem mieli schronić się w bułgarskiej ambasadzie. Późnym popołudniem 13 maja 1981 roku spiskowcy udali się na plac św. Piotra. Papamobile jak zwykle przemierzał tłum pielgrzymów, papież błogosławił wiernych z całego świata. O godzinie 17:19 Ağca oddał dwa strzały. Kule przeszyły brzuch oraz rękę papieża. Ranne zostały też dwie przypadkowe kobiety. Najpierw zakonnica a potem włoscy karabinierzy obezwładnili Ağcę, który nie zdołał już oddać kolejnych strzałów ani użyć bomby. Przerażony Celik wpadł w panikę – nie użył broni, zniknął w tłumie. Rannego papieża przewieziono do kliniki Gemelli, gdzie został poddany operacji ratującej życie.