Было разработано несколько вариантов операции. По первому предполагалось убийство в упор из пистолета. Но от него отказались.
По второму предполагалось вручить Коновальцу «подарок» с вмонтированным взрывным устройством и часовым механизмом. Инженер Тимашков изготовил устройство, помещенное в коробку шоколадных конфет, которые очень любил Коновалец. Принцип его действия заключался в том, что устройство включалось после перевода коробки из вертикального положения в горизонтальное. Взрыв должен был произойти через полчаса после этого, что давало возможность уйти до того, как мина сработает.
Руководитель операции Шпигельглас намекнул Судоплатову, что в случае провала операции и угрозы захвата противником он должен повести себя как настоящий мужчина, то есть покончить жизнь самоубийством. Ему вручили сезонный железнодорожный билет, действительный на всей территории Западной Европы, фальшивый чехословацкий паспорт и 3000 американских долларов, посоветовали после «ухода» сменить верхнюю одежду в ближайшем магазине.
Судоплатов отплыл из Ленинграда в качестве радиста на грузовом судне «Шилка». Из Норвегии он позвонил Коновальцу и договорился о встрече в Роттердаме, в ресторане «Атланта». Ресторан был удобен тем, что находился всего в десяти минутах ходьбы от вокзала. Тимашков, сопровождавший Судоплатова в поездке, зарядил устройство перед тем как Павел сошел на берег. Капитан получил указание: в случае, если Судоплатов не вернется до четырех часов дня, отплыть без него.
23 мая 1938 года в 11.5 °Cудоплатов и Коновалец встретились в ресторане «Атланта». Павел сказал, что свидание должно быть очень коротким, так как он обязан вернуться на судно, однако в 17.00 они смогут побеседовать «по-настоящему». Договорились о следующей встрече. Павел, достав из нагрудного кармана, положил на стол "подарок с Украины" и покинул Коновальца, едва сдерживая инстинктивное желание поскорее убежать.
В первом же магазине он купил шляпу и светлый плащ, а при выходе услышал слабый хлопок, напоминавший звук лопнувшей шины, и увидел, как в сторону ресторана побежали люди. На ближайшем поезде он отправился в Париж.
На следующее утро на станции метро Судоплатов встретился с работником резидентуры Агаянцем и передал ему текст телеграммы, которую следовало отправить в Москву: "Подарок вручен. Посылка сейчас в Париже, а шина автомобиля, в котором я путешествовал, лопнула, пока Я ходил по магазинам". Агаянц ничего не понял из этой абракадабры, да ему это и не требовалось. Кому надо, тот понял!
После этого Судоплатов около двух недель скрывался на явочной квартире, затем перебрался в Испанию, а уже оттуда домой.
Сначала настораживало то, что эмигрантские русские газеты ничего не сообщали о событии в Роттердаме. Затем появились статьи о странном происшествии, при котором украинский националистический лидер Коновалец, путешествовавший по чужому паспорту, погиб при взрыве на улице. Его личность оставалась не выясненной полицией до позднего вечера.
Местная полиция, узнавшая от сотрудников Коновальца о том, что он должен был встретиться со своим другом, радистом на советском судне, провела проверку на всех советских кораблях, стоявших в порту Роттердама. Опознание проводилось по фотографии, сделанной когда-то в Берлине.
В газетных сообщениях выдвигались три версии: либо Коновальца убили большевики, либо соперничающая группировка украинцев, либо поляки — в отместку за убийство Перацкого. Американские писатели Сайерс и Кан выдвинули свою версию в книге "Тайная война против Америки":