A fekete egyenruhát, sportcipőt és csuklyát viselő, Kalasnyikovval felfegyverzett támadók délelőtt 11 óra 20 perc körül érkeztek a Párizs keleti részében található helyszínre. A tettesek rendkívül nyugodtnak látszottak az érkezéskor, pedig először eltévesztették a címet: az utcában a 6. számnál álltak meg, ami a hetilap egyik kiegészítő részlegének ad otthont. Maga a szerkesztőség a 10. szám alatt található, a terroristák – felismerve a hibát – higgadtan átsétáltak oda.
Corinne Rey, a lap egyik karikaturistája elmondta, hogy éppen vissza akart térni a szerkesztőségbe, amikor az épület zárt, számkóddal védett kapuja előtt szembetalálta magát a fegyveresekkel, akik rákényszerítették, hogy beengedje őket. A terroristák a beszámoló szerint folyékonyan beszéltek franciául, és azt állították, hogy az al-Kaida nemzetközi terrorhálózat tagjai.
Az épületbe bejutva a fegyveresek rálőttek a recepciósra, majd felmentek a második emeletre. Itt épp szerkesztőségi értekezlet zajlott. Hidegvérrel kivégezték a résztvevőket, köztük a lap főszerkesztőjét, Stéphane Charbonnier-t, közismertebb nevén Charbot, valamint a főszerkesztőt kísérő rendőrségi testőrt is. Charbot azóta védte külön a rendőrség, amióta a lap – még 2011-ben – Mohamed-karikatúrákat közölt. Egy ember élte túl a mészárlást, aki egy asztal alá bújt. Ő azt hallotta, hogy a támadók kiabálták: "megbosszultuk a prófétát".
A terroristák kirohantak az épületből, miközben azt kiáltozták, hogy "Allah Akbar!", azonban összetalálkoztak az utcán egy rendőrjárőrrel. A merénylők gyorsan beszálltak egy Citroen C3 típusú gépjárműbe, majd tucatnyi golyót eresztettek a velük szemben álló rendőrautó szélvédőjébe. A járműben ülő rendőrök nem sebesültek meg, és lövésekkel válaszoltak.
A kirobbant tűzharcban egy harminc év körüli rendőr megsebesült és a földre került. A két fegyveres kiszállt a kocsiból, futva megközelítette és hidegvérrel fejbe lőtte a földön fekvő, kezét felemelő férfit, majd visszaült az autóba. Az egyelőre azonosítatlan elkövetők menekülés közben egy autóssal ütköztek, aki könnyebb sérüléseket szenvedett. A The Guardian című brit napilap információi szerint a terroristák ezután Párizs északi részébe hajtottak, ahol fegyverrel autója átadására kényszerítettek egy férfit. A francia hatóságok elvesztették a merénylők nyomát.