Фромм собрал заседание военного суда и тут же приговорил пять человек к смерти. Осужденным было разрешено написать перед казнью короткую записку родственникам. Фромм сделал единственное исключение для генерал-полковника Бека — ему разрешили покончить жизнь самоубийством. Он два раза выстрелил себе в висок, но ни одна пуля не оказалась смертельной. Тогда фельдфебель из отряда Ремера своим выстрелом избавил генерала от дальнейших страданий. Четверых заговорщиков — генерала Ольбрехта, лейтенанта Гефтена, Клауса фон Штауффенберга и полковника Мерца фон Квирнхайма, начальника общего отдела штаба сухопутных войск, вывели по одному во двор штаба и расстреляли около кучи песка. Перед последним залпом Штауффенберг успел крикнуть: «Да здравствует святая Германия!» Расстрелянных тут же и похоронили. Остальных арестованных передали в руки гестапо.
Сразу после взрыва поведение Гитлера было на удивление спокойным. Уже через час после покушения он встречал на вокзале Растенбурга Бенито Муссолини, главу недавно образованной фашистами на севере Италии республики Сало. Они вместе вернулись в «Волчье логово», где осмотрели все, что осталось от взорванного барака. Но когда оба диктатора сели пить чай, Гитлера будто прорвало. С пеной у рта он кричал, что уничтожит не только заговорщиков, но и всех, кто был с ними связан, включая членов семей. Он жаждал не просто казни, но мучительных пыток, его враги должны «висеть на крюках, как скот на бойне».
Желание фюрера было законом: на следующий день после подавления мятежа Гиммлер создал специальную комиссию из 400 высших чинов СС для расследования «заговора 20 июля», и по всей Германии начались аресты, пытки, казни… Под пытками люди выдавали все новых участников, круг их ширился, кровь текла рекой. Всего по делу о покушении 20 июля были арестованы более семи тысяч человек, казнены около двухсот. Среди репрессированных противников режима были и участники уцелевших групп коммунистического Сопротивления.
Но прежде, чем мстить живым, гитлеровцы решили свести счеты с мертвыми. По приказу рейхсфюрера СС Генриха Гиммлера трупы казненных во дворе штаба на улице Бендлер были выкопаны, сожжены, а их пепел развеян по ветру.
Никто из участников заговора не готовил себе убежище на случай провала восстания. Только некоторые из них пытались скрыться, да и тех выдали платные и добровольные осведомители. Так попал в руки гестапо Карл Гёрделер, уехавший из Лейпцига в маленький городок в Восточной Пруссии за два дня до взрыва в «Волчьем логове». За голову бывшего обер-бургомистра пообещали миллион рейхсмарок. 12 августа Гёрделера выдала знакомая.
Офицеры и генералы, участвовавшие в заговоре, были уверены, что суд офицерской чести приговорит их к расстрелу, и видели свой долг в том, чтобы умереть с достоинством. Они не представляли, какая участь их ждала. Президент «народного суда» Роланд Фрайзер сделал все, чтобы подсудимые во время процесса были унижены и опозорены. Казни совершались в специально оборудованном для этого помещении берлинской тюрьмы Плётцензее. Мучения подвешенных на огромных крюках жертв снимали на кинопленку, и фюрер часто наслаждался зрелищем кровавой мести.
Те, кто был знаком с нацистскими методами следствия, старались в руки гестапо не даться живыми. На следующее после взрыва утро Геннинг фон Тресков, один из самых последовательных противников Гитлера, уехал вместе с майором Куном на Восточный фронт в свою 28-ю егерскую дивизию. Оставив Иоахима Куна в части, генерал Тресков ушел в ближайший лесок и застрелился. Куну удалось представить дело так, что у властей сначала даже не возникло подозрений о связи этого самоубийства с событиями 20 июля. Трескова похоронили в его имении в Вартенберге, но через несколько дней опомнившиеся эсэсовцы выкопали и сожгли труп, а пепел развеяли.
Тогда майор Кун решил спасать свою жизнь: 27 июля он добровольно сдался в плен под Белостоком наступающим войскам Красной армии. Известный писатель, в то время офицер политуправления фронта Лев Копелев выдал Куну справку, что тот является пленным «особого значения»: благодаря Иоахиму Куну у историков оказались уникальные материалы о заговорах против Гитлера. Переход Куна на сторону врага был замечен гитлеровскими властями: майор был заочно приговорен к смерти и за участие в заговоре 20 июля, и за измену. Но и в советском плену Куну пришлось хлебнуть лиха: несмотря на сотрудничество с советской военной контрразведкой СМЕРШ он был в 1951 году осужден на 25 лет лагерей. В общей сложности он отсидел 11 лет, в том числе пять лет в Александровском централе — каторжной тюрьме под Иркутском, и был передан властям ФРГ в 1956 году.