去了解孙传芳的身貌、口音及活动规律，知道他每周三、六必到居士林听经，随即做了刺杀的具体安排：将准备好的《告国人书》和遗嘱印制出来，打算在行刺后散发；并把11月13日（星期三）定为替父报仇的日子。
1935年11月13日，正是讲经日，前来听经的孙传芳端坐在佛堂中央。施剑翘本在靠近火炉的后排座位，离孙传芳较远，她以背后的炉火太热为由要移到前排去。看堂人允诺后，施剑翘站起身来，伸手握住衣襟下的手枪，快步来到孙传芳身后。待众居士闭目随富明法师诵经，施剑翘悄悄拔出勃朗宁手枪，对准孙传芳的后脑勺射出了第一发子弹，紧接着又朝他的太阳穴和腰部各射一枪。
枪声响后，佛堂大乱，施剑翘将提前准备好的《告国人书》和身穿将校服的施从滨照片抛向人群，大声宣布自己的姓名及行刺目的，并拨通了警察局的电话，决意自首。不久，施剑翘被前来的警察带走。施剑翘的长孙女施朝说：“奶奶的刺杀计划当时只跟她的大弟弟施则凡商量，本来施则凡也是要参与刺杀的，但奶奶觉得弟弟是家里的顶梁柱，不能再出什么意外。决定行刺前几天，她谁也没告诉，先是叫家人把外祖母送到南京，又将自己的两个孩子托给妹妹施韧兰照顾，她是抱着必死之心去的。”
当天下午6时，《新天津报》发出号外，报道了“施从滨有女复仇，孙传芳佛堂毙命”的特大新闻。次日，天津、北平、上海等各报都以头号标题刊载了这一消息，全国轰动。
