Обстоятельства происшедшего внешне выглядели как классический теракт с четко скоординированными действиями преступной группы. В 14.55 специальная автомашина с Анастасом Микояном выехала из Кремля через Спасские ворота по направлению улицы Куйбышева (ныне Ильинка). Не доезжая Лобного места, автомобиль остановился: путь его был прегражден извозчиком с возом сена, следовавшим с Васильевского спуска по направлению к Красной площади.
Правительственный автомобиль и следовавшая за ним автомашина охраны снизили скорость и были вынуждены свернуть вправо. Когда основной автомобиль поравнялся с Лобным местом, оттуда по нему было произведено три выстрела из винтовки гражданином, одетым в форму военнослужащего. Автомобиль с Микояном продолжил движение, а из второй машины, где была личная охрана, для задержания преступника высадился сотрудник 1-го отдела НКВД СССР М.М. Милорадов.
В это время к месту происшествия бросились сотрудники УКМК Е.А. Вагин, Л.А. Стёпин, В.Т. Савин, начав перестрелку с нападавшим. Офицер комендатуры Московского Кремля Д.О. Цыба, находившийся на посту у входа в Спасские ворота, выдвинулся к Лобному месту, вооружившись ручными гранатами. Он бросил одну гранату, но оборонявшийся продолжал отстреливаться. Тогда Цыба бросил вторую гранату, и только после этого террорист поднял руки вверх и крикнул: "Сдаюсь!"
Задержанный оказался С.Т. Дмитриевым, тридцати трех лет, уроженцем Усть-Каменогорска, ефрейтором 1-го зенитного полка ПВО, дислоцированного в Москве. Он был сыном зажиточного крестьянина-старообрядца, малограмотным (окончил один класс начальной школы), женат, имел двух детей, состоял в комсомоле. На допросах он показал, что у него были антисоветские настроения. Немецкие листовки, с которыми он ознакомился, вызывали у него стремление выступить против коммунистической власти, отомстить за неудавшуюся жизнь. В полдень 6 ноября Дмитриев, заступив на пост в гараже полка, принял окончательное решение. Взял винтовку и 45 патронов, пошел на Красную площадь с твердым решением либо совершить покушение на кого-либо из членов правительства, либо покончить с собой. Примерно через час, выдавая себя за часового комендантского патруля, встал на "пост" у Лобного места и стал ожидать удобного момента, чтобы осуществить задуманное.
Как показал арестованный, к совершению теракта против руководителей страны он начал готовиться с момента повторного призыва в армию. Так, еще в конце 1941 года, подменяя наводчика из расчета автомобильной зенитной пулеметной установки на площади Маяковского, Дмитриев намеревался открыть огонь по проезжавшим по улице Горького правительственным автомобилям. Остановила его только вероятность большого количества жертв среди прохожих.
Следствие по делу Дмитриева пришло к выводу, что в данном случае отсутствовал какой-либо заговор, а за террористом не стояли контрреволюционные организации или немецкие спецслужбы. Покушавшийся был человеком с, несомненно, больной психикой. По этой причине передача материалов следствия и обвинения (оно было подготовлено в марте 1944-го) в военный трибунал затянулась на много лет. Только 25 августа 1950 года состоялся суд над Дмитриевым, приговоривший его к высшей мере наказания.