В понеделник, на 26 февруари (ст. стил) 1907 г. на софийския булевард „Цар Освободител”, около 16.30 часа премиерът тръгва на разходка към Борисовата градина, придружен от министрите Никола Генадиев, Лазар Паяков и ген. Михаил Савов. Четиримата са пазени само от един телохранител и един полицай, които вървят зад тях на разстояние около 20 крачки. Часът е точно 17, когато някакъв младеж ги пресреща, разминава се с тях, после се обръща рязко, вади пистолет и стреля четири пъти. Един куршум улучва премиера. Димитър Петков прави няколко крачки и издъхва. Дни преди това той казва: ”Тия дни ще бъда убит. Желая да бъда погребан между Стамболов и Греков. Никакъв шум около погребението ми”.
Нападателят се опитва да избяга към университета, но е арестуван от поручик Александър Константинов. Атентаторът се оказва видинчанинът Александър Петров - 23-годишен младеж, неуравновесен, невъздържан, регистриран за кражба. В София попада под въздействието на анархисти, които му внушават да извърши престъплението.
При разследването обаче изплуват и връзки с лидера на опозиционния Патриотичен блок Иван Евстатиев Гешов, който финансира критичния срещу правителството на Петков вестник „Балканска трибуна”.
Установява се, че на 24 февруари убиецът Александър Петров е бил в редакцията на вестника и се е срещал с директора му Иван Икономов и журналиста Геров. Именно те го подтикнали към пъкления план, заедно с други двама младежи - Геров и Бояджиев. Няколко месеца по-късно убиецът е осъден на смърт. Хранов и Икономов като помагачи – съответно на доживотен и на 15 години затвор. Оправдан е само журналистът Геров.
Княз Фердинанд утвърждава присъдата и на 3 юли 1907 г. Александър Петров е обесен в двора на Черната джамия (днес църквата „Св.Седмочисленици”) в София.
По ирония на съдбата фамилията дава три жертви на политическите борби, а историци днес говорят за проклятие на рода. След бащата, през 1924 г. е убит синът му Петко Д. Петков, а години по-късно, след идването на комунистите на власт и брат му - земеделският водач Никола Петков.