Wieczorem premier Szwecji wybrał się z żoną Lisbet na surrealistyczną komedię „Bracia Mozart” do kina Grand. Wcześniej zapowiedział ochroniarzom, że nie będzie ich potrzebował. Seans trwał do godz. 23.00, potem państwo Palme zdecydowali się wrócić do mieszkania pieszo. Centrum Sztokholmu w piątkowe noce zwykle przejmowała imprezująca młodzież, ale tego dnia było za zimno. Termometry pokazywały -7 st. C, na chodnikach leżała warstwa śniegu i lodu. Ulice były opustoszałe, wracającą do domu parę mijały pojedyncze osoby. Szli główną ulicą, Sveavägen, zatrzymali się przed indyjskim sklepem, bo Lisbet wypatrzyła na wystawie piękną suknię.
Tuż obok jarzyła się wystawa sklepu z farbami Dekorima, która oświetliła tragedię. O godz. 23.21 do pary podszedł mężczyzna. Zaczepił Palmego i – według części świadków – zaczął z nim rozmawiać. Złapał premiera za ramię, wyciągnął rewolwer i oddał dwa strzały.
Palme upadł, Lisbet zaczęła krzyczeć. Mężczyzna puścił się biegiem w boczną uliczkę Tunnelgatan. Jeden ze świadków próbował go dogonić, inni podjęli próbę reanimacji postrzelonego. Nikt nie zdawał sobie sprawy z tego, że ranny to premier Szwecji, bo Lisbet, sama draśnięta drugą kulą, wpadła w histerię. Szarpała się z próbującą pomóc studentką, potem wybiegła z krzykiem na ulicę i zatrzymała przejeżdżające samochody.
Kilka osób zadzwoniło po pogotowie i policję, ale przez dłuższą chwilę nikt nie odbierał połączenia, a służby pojawiły się na miejscu dopiero po kilku minutach. Funkcjonariusz policji próbował wylegitymować żonę premiera. „Zwariowałeś? Nie poznajesz mnie? Jestem Lisbet Palme, do cholery, a tu leży mój mąż, Olof!” – wykrzyczała. Policjant na otwartym kanale policyjnym zameldował: „Premier Szwecji został postrzelony na ulicy!