上午7时，安重根坐马车来到哈尔滨站，俄国官兵忙着做欢迎准备，同时也加强了警备。戒备虽严，可安重根还是随着日本的欢迎队伍进入了候车室，这是因为日本驻哈尔滨总领事川上俊彦告诉俄方，只对欧洲人、中国人查看通行证，日本人则一律放行。在俄国人眼里，安重根外貌装束与日本人无异。在候车室里有个小卖店，安重根就坐在那里等待。
9时整，俄国专列驶入站台。可可夫切夫登上列车，与伊藤博文见礼、寒暄，20分钟后，可可夫切夫对伊藤说：“稍后有宴席款待公爵。如蒙阁下能检阅我的仪仗队，我将十分荣幸。”伊藤博文说：“能在哈尔滨一睹贵国军队的威仪，非常高兴。”
这时日本侨民舞动太阳旗大喊“欢迎”，俄国军乐队奏响了乐曲，伊藤已走下车来，在众人陪同下开始检阅。
9时30分，伊藤博文走到俄国仪仗队前，距安重根10步左右时，安重根穿过俄国军人空隙，冲过仪仗队，相距伊藤博文五步左右，拔出手枪对准伊藤博文连发三枪。三发子弹命中伊藤博文的胸部、腹部，伊藤博文扑倒在地。20分钟后，伊藤博文命绝。
随后，他又射伤日本驻哈总领事川上俊彦、满铁理事田中清次郎和秘书官森泰二郎三人。
场面顿时大乱，俄国宪兵冲了过来，安重根抛掉手枪，用俄语高呼三声：“高丽亚乌拉!”(朝鲜万岁)然后从容被捕。
4.慷慨就义
中午11时40分，俄国专列载着伊藤的尸体驶向大连。安重根则被带到火车站内的俄国宪兵派出所，简单审讯后，日方便来要人。晚上9时许，安重根被移交到秦家岗义州街27号(今哈尔滨南岗区花园街97号)的日本驻哈尔滨总领事馆，关在地下室里。俄当局下令逮捕哈尔滨周围所有可疑的朝鲜人。安重根刺杀伊藤的2个小时后，禹德淳、曹道先在蔡家沟车站被捕。
11月1日，安重根等9名涉案者被押送至旅顺监狱，3日到达旅顺。
日本外务省于12月2日下达了将“安重根处以极刑”的密令，并把旅顺高等法院院长平石召回东京，命令他保证执行。