Подготовив таким образом Меркадера, его ввели в мир внешне респектабельных нью-йоркских левых. Этот мир в то время буквально кипел коммунистическими страстями и интригами и был готовой вербовочной базой для агентов Ежова. Общее руководство подготовкой убийства по варианту Меркадера осуществлялось тогда постоянным резидентом НКВД, советским генеральным консулом в Нью-Йорке Гайком Овакимяном, который лишь гораздо позже, в мае 1941 года, был разоблачен и выслан из страны.
Подробности подготовки — часть которых и до сих пор не выявлена с полной ясностью — нас здесь не интересуют. Интересно, однако, отметить вот что. В этом преступлении, как и в крупных шпионских делах сороковых и пятидесятых годов, было замешано много людей, о которых ничего похожего нельзя было и подумать. Их беспартийные знакомые, разумеется, отвергли бы самую мысль о возможности участия этих лиц в какой-либо преступной деятельности. Между тем, фракционные страсти, революционный романтизм и даже чистый идеализм сделали этих людей сознательными или полусознательными соучастниками вульгарного убийства.
Вот такие-то левые и познакомили Меркадера с Сильвией Агелов — американской троцкисткой, работавшей в социальном обеспечении. Меркадер обольстил ее и вступил с ней в связь, которую принимали за брак. Сильвия в данном случае была совершенно невинной жертвой — она ничего не знала о готовящемся преступлении. Но именно она ввела Меркадера в дом Троцкого.
В качестве мужа Сильвии Меркадер пять или шесть раз побывал у Троцких и стал, что называется, „принят в доме“. 20 августа он прибыл на виллу в Койоачан якобы для того, чтобы дать Троцкому на просмотр написанную им статью. На Меркадере был плащ, в подкладку которого был зашит длинный кинжал. В кармане лежал револьвер. Но главным оружием убийцы был срезанный до нужного размера ледоруб. Меркадер был опытным альпинистом и выбрал ледоруб в качестве оружия потому, что хорошо владел им. Впрочем, это еще не самое странное оружие, когда-либо примененное агентами НКВД за рубежом. Владимир и Евдокия Петровы сообщили об убийстве советского посла за границей органами НКВД, причем убийца был физически сильным человеком и действовал с помощью железного прута.»
Меркадер оставил автомобиль перед виллой развернув его в удобную для бегства сторону. За углом ждал еще один автомобиль, в котором сидели мать Меркадера и один из агентов Эйтингона. Наконец, в третьем автомобиле, за квартал от виллы, восседал сам полковник Эйтингон.
У Троцкого на письменном столе лежало два револьвера, и он в любой момент мог поднять тревогу, нажав тайную кнопку. Но Меркадер дал ему на прочтение статью, и когда Троцкий склонился над ней, убийца выхватил свой ледоруб и нанес Троцкому страшный удар по голове.
План Меркадера состоял в том, чтобы мгновенно после этого исчезнуть. Однако его удар не убил Троцкого сразу. У Троцкого вырвался крик — по словам самого Меркадера «очень протяжный, прямо бесконечный». Один из охранников Троцкого — тот, что вбежал первым и схватил Меркадера — тоже описывает крик Троцкого. По его словам, это был «долгий стон агонизирующего человека, полукрик, полурыдание».
Троцкого еще успели оперировать, и он скончался примерно через сутки после удара — 21 августа 1940 года. Ему было около шестидесяти двух лет.
Представ перед судом после дела Сикейроса, Меркадер, по-видимому, тоже надеялся, что приговор будет легким. Может быть, он думал убедить судью, что учил Троцкого альпинизму и убил случайно. Однако его приговорили к двадцати годам тюрьмы и он отбыл свой срок день в день. После того, как полиция полностью идентифицировала Меркадера по отпечаткам пальцев, он все равно отказался сообщить, кем был на самом деле и почему совершил убийство. Тогдашняя официальная сталинская версия состояла в том, что убийца был разочарованным троцкистом и не имел ничего общего с НКВД.
Годы заключения Меркадера проходили в несколько иной обстановке, чем в советских тюрьмах и лагерях. Мексиканская революция провела подлинные реформы тюремной системы. Посетитель, имевший свидание с Меркадером в тюрьме, пишет: «Его камера, просторная и солнечная, с небольшим открытым внутренним двориком — патио — имела прекрасную кровать и стол, заваленный книгами и журналами».