W momencie, kiedy Gaitán opuścił kancelarię, został dwukrotnie postrzelony w głowę i raz w klatkę piersiową. Mimo szybkiej pomocy i przewiezienia do najbliższego szpitala (Clinica Central) w ciągu godziny polityk zmarł.
Mężczyzna podejrzewany o oddanie strzałów w kierunku popularnego działacza zaczął uciekać, ścigany przez zebrany na miejscu zabójstwa tłum. Aby uniknąć samosądu, oddał się dobrowolnie w ręce policjanta Carlosa Alberto Jiméneza Díaza, który próbował zapanować nad sytuacją. Policjant zdołał odprowadzić go do apteki Granada, gdzie zamknął się razem z nim. Pytany o przyczynę zabójstwa Gaitána, zatrzymany mężczyzna nie był w stanie nic powiedzieć, wzywał jedynie opieki Matki Boskiej. W chwilę później drzwi apteki zostały wyważone, a zabójca wyciągnięty na zewnątrz, gdzie został zlinczowany przez tłum. Na podstawie odnalezionych przy nim dokumentów udało się ustalić jego personalia – był to Juan Roa Sierra. Część świadków zdarzenia twierdziła jednak, że człowiek zatrzymany przez Diaza, a następnie zabity, nie był mordercą Gaitána, a prawdziwy zamachowiec zdołał zbiec.