德国内部反希特勒的抵抗运动可回溯到1930年代中期。希特勒上台不久，就有少数的军人及政治家，或者因为体会到他势必引发导致生灵涂炭的大战，或者不满他的种族政策，开始商讨将他推翻。早期领袖包括陆军参谋长贝克上将、军事情报局长卡纳里斯上将、魏兹里本上将（1940年升为元帅）、莱比锡市长戈德勒等。1938年希特勒威胁入侵捷克，导致欧洲局势紧张期间，反抗人士曾计划发动政变，并且与英国联络，希望里应外合。但英国首相张伯伦选择姑息政策，不支持政变行动，反而飞到德国与希特勒签订了出卖捷克的慕尼黑协定。没有外援，而希特勒对外扩张又节节得胜，纳粹政权声势如日中天，抵抗运动趋于沉寂。
1941年，崔斯寇上校（不久升为少将）出任东线战场中央集团军的作战科长，成为新一代抵抗运动的灵魂人物。随后3年，崔斯寇结合卡纳里斯在军情局的势力，把中央集团军群总部变成策划抵抗的大本营，吸收不满意希特勒统治的人士加入密谋。崔斯寇吸引的反抗人士当中，有两人后来成为反抗运动的核心角色：即在后备司令部主管兵员征募的上将奥布里希特及刚从北非战场负伤回国的施陶芬贝格上校。
1943年3月，趁希特勒视察中央集团军群之机，崔斯寇的参谋史拉布伦多夫少校将定时炸弹藏在包裹里，拜托希特勒一名侍从参谋帮忙把“两瓶酒”带回拉森堡，转交给在大本营的一位同事。照理说炸弹应该在希特勒的座机飞到半途爆炸，但没有成功，最后得知希特勒已然返抵拉森堡。史拉布伦多夫第二天急忙赶往拉森堡，把包裹换回，才发现雷管出了毛病。他们设想过，希特勒到部队视察时，派人以自杀式攻击跟他同归于尽，但此后希特勒再也没有去过前线。
这时，奥布里希特建议谋刺希特勒时，后备司令部发动政变。当时德军有一项代号“女武神”的计划，是应对境内发生混乱的措施，由后备军司令部负责。奥布里希特建议利用“女武神”计划封锁各地通讯，各地戒严，由军方接管城市，逮捕纳粹分子。但这需要后备总司令弗罗姆上将配合，经过劝说，弗罗姆虽然不加入，但也不举发反抗人士的行动。
1944年，德国战况越来越不利，盖世太保对反抗运动的镇压也越来越严厉。施陶芬贝格出身世家，拥有侯爵头衔，笃信民族主义与英雄主义。他认为甚至不惜超越“谋杀”与“背叛”的道德障碍，也必须除掉希特勒，以避免德国被彻底摧毁。他是从战场上负伤下来的，只剩一只眼睛、一只手臂与三只手指，决定铤而走险。7月1日，他被任命为后备司令部参谋长，可以参加拉森堡大本营会议，决心利用机会亲自炸死希特勒。连续几次尝试，都在最后关头放弃，原因是戈林和希姆莱不在场。抵抗人士体会到，很难把所有人齐聚一堂，无法再等，决定还是动手。
7月20日，施陶芬贝格由柏林前往拉森堡，参与希特勒主持的会议，他带着一个装着炸弹的公事包。这天很不巧，因为地下掩体会议室整修，加上气候闷热，会议改在地面上的一栋木屋进行。木屋引爆的效果当然不如地下室。会议在中午开始，施陶芬贝格在门外，凭着三根手指，用钳子与牙齿，将炸弹定时引信备炸。由于时间不足，他只够点着两枚炸弹中的一枚，然后进入会议室，将公事包放在长会议桌底下。10分钟后，他借口接电话走出会议室，到屋子外面的树林中等待。12时40分，炸弹爆炸。看到木屋在火焰与烟幕中垮下来，他相信没有人能生还，迅速与副官赶往机场，搭飞机飞回柏林。在后备军总部，他还得担负第二阶段任务，就是与奥布里希特推动“女武神”行动，完成政变。
没想到，木屋虽然当场被炸垮，希特勒却没死。除了缺少具备反射效果的水泥墙之外，主要是会议桌由整片厚橡木板构成的桌腿阻挡了爆炸威力，而在桌子这一头的4位军官全被炸死。事后调查显示，可能是一位参谋因为踢到公事包，就用靴子把它往桌底深处顶，结果正好把公事包推到了桌脚另一面。
施陶芬贝格乘坐的飞机下午3时降落在柏林。此时在拉森堡的同谋费格贝少将已通过电话通知柏林：希特勒没有死。后备司令部企图政变人士顿时手足无措，希特勒如果没死，就不可能靠“女武神”动员各地。4时，奥布里希特下令各部队执行“女武神”行动，并故意拖了一个多小时后才向弗罗姆司令报告。在确定希特勒是否身亡之前，弗罗姆不愿行动，打了个电话给统帅部总参谋长凯特尔元帅。凯特尔在电话里保证元首还健在，并且质问他施陶芬贝格的下落。弗罗姆发现大事不妙，立刻决定站在反政变一方。奥布里希特与施陶芬贝格马上将他囚禁起来，并且立刻组成一个新政府，由贝克担任总统，戈德勒担任总理，魏兹里本担任总司令。
在各地，参与抵抗运动的人士接获“女武神”命令后，纷纷起事，逮捕当地纳粹党官和秘密警察。德国驻法占领军总督斯图普纳格上将逮捕了1000多名纳粹党官。在比利时，占领军总督法肯豪森上将（曾担任德国驻华顾问团长）也是密谋一员，但在事发前几天被调职，未能配合行动。
抵抗运动人士普遍希望能与英美片面媾和，避免德国最后被苏联征服。盟军已在一个多月前登陆诺曼底，因此西战场前线将领是否支持政变，就显得格外重要。当时西线总司令是新上任的克鲁格元帅，过去曾是东战线中央集团军总司令，也被崔斯寇策反过。对崔斯寇在他眼皮底下推动打倒希特勒运动，他一直是采取“不支持也不反对”的骑墙态度。
负责大西洋战线的B集团军总司令隆美尔元帅是反抗人士积极争取的目标，除了老长官法肯豪森将军、友人斯图加特市长史托林外，隆美尔的参谋长史佩德少将也是参与密谋者。隆美尔涉入抵抗运动的程度到底有多深，至今仍然没有定论。但能肯定的是，隆美尔认为希特勒必须下台，单独与英美停战谈和。但他不赞成刺杀希特勒，因为这样会使希特勒变成英雄。
但是，很不凑巧，7.20事件3天前的7月17日，隆美尔驱车到前线视察时，遭到一架加拿大战斗机扫射，他的汽车在躲避时撞到了树上，经过抢救才捡回一条命。因此3天后发生的事，他完全无从得知，更无从参与。没有人知道，如果隆美尔知道此事，会不会下令前线部队停战；也没人说得准，西方盟国会不会慑于他的声威，愿意与德国进行片面谈判。
柏林各部在混乱命令下无所适从，一个小人物扮演了关键角色。奥托·恩斯特·雷默不久前因伤从东线回到德国，在柏林警备部队担任少校，7月20日按照保罗·海塞将军的命令，领兵逮捕宣传部长戈培尔。他持枪进入戈培尔办公室后，戈培尔强调希特勒还活着。雷默要戈培尔拿出证据，戈培尔拨通了希特勒的电话，并在一分钟内转递给雷默听。希特勒问雷默听不听得出他的声音，并给他逮捕密谋者的命令，雷默遵从命令，当晚晋升为上校（1945年1月，32岁的雷默晋升少将，成为德军里最年轻的将级军官，战败后换便服逃脱，被美军俘虏，1947年释放）。
随着希特勒未死的消息被证实，原本模棱两可的人反政变态度鲜明起来。在后备司令部，政变派与尽忠派军官爆发枪战。夜11时，弗罗姆为表示自己清白，组织临时军事法庭，审判贝克、施陶芬贝格、奥布里希特等人。贝克要求自裁，在弗罗姆允许下当场举枪自杀。施陶芬贝格、奥布里希特与另两位军官立刻被宣判死刑。凌晨，4人在后备司令部院中被枪毙。施陶芬贝格死前高喊：“神圣德国万岁！”但也有人说，施陶芬贝格深受诗人格奥尔格“秘密德国”概念的影响，服膺神秘主义，深信自己的所作所为是承继中古圣殿骑士的精神。因此他临终时喊的是“秘密德国万岁”。
在巴黎，克鲁格元帅在确认希特勒未死后，表态反对政变。斯图普纳格举枪自杀，结果子弹轰掉一只眼睛，身受重伤接受审判。在东战场前线的崔斯寇次日得知政变失败消息，决定不受被捕之辱，写下遗书后，独自到两军战线间无人地带，引爆手榴弹自杀。
随着逮捕行动展开，希特勒发现参与谋反的人远超他的想象。愤怒的希特勒下令纳粹法官弗赖斯勒的人民法庭审判犯人。被带上法庭的被告不但被剥夺军服，甚至故意发给他们不合身的服装，不准系皮带，要犯人提着裤头应讯，以达到彻底羞辱的效果。
事变后被捕的超过5000人，处死超过200人，包括魏兹里本、戈德勒、卡纳里斯、斯图普纳格、费格贝等。为折磨这些犯人，不用绞刑架，而是在监狱天花板上装一排吊肉钩，以钢琴弦当绳子，将犯人以上吊方式慢慢勒死。审讯与处刑的过程都拍下影片，送给希特勒观看泄愤。
最有名的牺牲者是隆美尔。在审讯中，身受重伤半昏迷的斯图普纳格曾经说出隆美尔的名字。10月14日，希特勒派两名将领前往通知在家养伤的隆美尔：元首不希望他上法庭，如果他愿意自杀，政府就不会把他的家人牵连入罪。隆美尔为保护妻儿，同意服下使者带来的氰化物。政府宣称隆美尔死于脑溢血，并且为他举行了国葬。
魏兹里本与隆美尔之外，第三位死于事变的元帅是克鲁格。8月15日，在法国战场战况紧急时，希特勒突然下令克鲁格解职返国。由于担心自己被卷入，克鲁格在归途车上服药自尽。
弗罗姆在处死施陶芬贝格等人当天就被逮捕。戈培尔不客气地告诉他：“你也太急着杀人灭口了。”弗罗姆同样被剥除军职，送上人民法庭，1945年3月被处以绞刑。
弗赖斯勒法官则有类似现世报的下场。1945年2月3日审讯史拉布伦多夫时，柏林突遭美军空袭，一根倒下的柱子正好把弗赖斯勒砸死，他手里还握着案件的卷宗。在弗赖斯勒死后，审判的秩序、效率与残暴程度也大受影响。史拉布伦多夫虽然饱遭严刑拷打，但最后未被处死。他在战后曾经担任西德联邦政府的大法官达15年之久。
施陶芬贝格怀孕的妻子妮娜被捕入狱。1945年1月在牢房中生下一个女儿，战争结束前差点被秘密警察杀害。德国投降后，才跟另4个被强制送往孤儿院的孩子团圆。2006年4月，妮娜·施陶芬贝格去世，享年93岁。
1944年7月20日的这次刺杀希特勒行动是德国反抗纳粹统治的一次重要标志，但也有不同的声音，比如英国首相丘吉尔就对施陶芬贝格的刺杀做法有相当复杂的情感，称之为“狗咬狗”。
很大一部分史学家坚持认为，在二战时反对希特勒的只是少数对纳粹行为不满的人，没有形成反战力量。当然，战后史学家对7.20刺杀的研究消除了不少有关刺杀者的神话色彩，如认为，即便刺杀希特勒成功了，政变计划也未必能够成功，因为当时希特勒在德国民众中的威望仍然很高，民众不会支持政变者的行动。即便政变计划成功了，也未必能够迅速结束战争，因为同盟国不支持政变者，也不会因政变成功而改变对纳粹德国的强硬态度。更为严重的是，如果政变成功，正好证实了一战以来在德国流传的“背后一刀”的谣言。一战以后，德国右翼势力声称，德军在战场上是所向无敌的，其失败是后方革命对前线的背叛所造成的。很多德国人，包括希特勒都认为，如果德意志民族团结一致，坚持到底，就能获得大战胜利。这也是希特勒发动二战的动机之一。如果当年刺杀与政变计划成功，反而不利于德意志民族彻底告别纳粹主义与军国主义历史。德国人会认为，希特勒如果还在的话，就他以前惊人的成就，很有可能会力挽狂澜，起死回生。所以，当7.20刺杀失败时，历史的不幸与万幸融为一体。德国人民以最为惨重的代价埋葬了其对希特勒独裁与侵略战争的梦想。
7.20 刺杀的历史意义何在？就在刺杀计划实施前，密谋者之一特雷斯考做出回答：“行刺必须进行，不惜任何代价。即使不成功，也必须在柏林行动。因为问题已不再在于具体目的，而是德国抵抗运动在世界和历史面前敢于作出这一决定性的举动。其他一切都是无足轻重的。”刺杀行动的意义就在于它发生了，标志着德意志民族在希特勒仍然不可一世的时候主动作出了挣脱独裁统治的壮举。二战结束时，德意志民族不仅在军事上一败涂地，而且在道义上无地自容。他们必须面对的历史事实是，一个曾经给人类贡献过歌德、席勒、康德、黑格尔、贝多芬、莫扎特、爱因斯坦、普朗克等文化艺术与科学巨匠的伟大民族，竟然在20世纪30-40年代投靠希特勒这样一个灭绝人性的战争狂与反犹狂，给人类与自己带来了史无前例的灾难。值得他们庆幸的是，在德意志民族的绝大多数狂热追随希特勒的时候，其中还是有人有良知、有勇气向纳粹独裁说不，并试图向独裁者发出致命一击。密谋者只是他们中最引人注目的一部分。其他永垂青史的名字还有朔尔兄妹、艾尔泽、台尔曼、尼莫勒等。他们不仅拯救了自己的良心，而且拯救了德意志民族的尊严，尽管他们人数很少，而且功亏一篑。7.20事件的最大意义不是一场蹩脚的政变，不是成就了什么功业，而是那些人立下的人格典范。他们证实了德国军人乃至德意志民族的良心未死，证实了有人愿意为理想和信仰视死如归。因此，战后德国政府在柏林市的后备军总部遗址设立了“德国抵抗运动纪念馆”。