ב-5 במרץ 1881, יום לאחר טקס השבעתו של גרפילד, הגיע גיטו לוושינגטון כשהוא עדיין מאמין שיזכה לתגמול. הוא הצליח להיכנס לבית הלבן, פגש בנשיא ב-8 במרץ, והגיש לו עותק של נאומו כתזכורת לפעילותו במסע הבחירות. בחודשיים הבאים הוא הסתובב בוושינגטון ובסביבה, התאכסן בדירות להשכרה תוך שהוא עוזב אותן מבלי לשלם עבור שכר הדירה והארוחות. הוא העביר את ימיו בבטלה בחדרי כניסה של בתי מלון כשהוא קורא עיתונים ישנים ועושה שימוש בניירות המכתבים של בתי המלון לכתיבת מכתבים לאלו שהוא היה סבור שיסייעו לו להתקבל לפגישה עם הנשיא גרפילד. בנוסף, הוא העביר את זמנו בשוטטות בין מחלקת המדינה לבין הבית הלבן כשהוא מנסה לפנות לכמה חברי קבינט ואישיים בולטים במפלגה הרפובליקנית כדי לשטוח לפניהם את טענותיו, אך ללא הצלחה. הוא היה חסר כל ובהדרגה נעשה מרושל במראהו, שכן הוא לבש את אותם בגדים מדי יום ביומו, ונאלץ להתנייד ברחובות כשהוא הולך בעיר הקרה והמושלגת ללא מעיל, כובע, כפפות או מגפיים. ב-13 במאי נאסרה עליו הכניסה לחדר ההמתנה של הבית הלבן. למחרת הוא נתקל במזכיר המדינה ג'יימס בליין, שאמר לו: "לעולם אל תדבר איתי שוב על תפקיד הקונסול בפריז כל עוד אתה חי".
משפחתו של גיטו טענה לאי שפיותו כבר ב-1875 וניסתה לאשפז אותו אך הוא נמלט. כעת קיבל השיגעון שלו תפנית אלימה והוא היה סבור שהוא קיבל צו מכוח עליון כלשהו להרוג את הנשיא. מאוחר יותר הוא הצהיר: "את ההצדקה למעשי אתן בפני האל". הוא לווה סכום של 15 דולרים (שווה ערך ל-397 דולרים ב-2019) מקרוב משפחה שלו בשם ג'ורג' מיינארד ורכש בסכום זה אקדח. היה לו ידע מועט ביותר בנוגע לכלי נשק, אך הוא האמין שהוא יזדקק לאקדח בקוטר גדול. בחנות של או'מרה בוושינגטון הוא מצא שני דגמים של אקדח וובלי 442, אחד עם קת עץ והשני עם קת משנהב. הוא העדיף את הדגם עם קת השנהב, שכן הוא היה סבור שהוא יראה טוב יותר כמוצג מוזיאוני לאחר הרצח, אך הוא לא היה יכול להרשות לעצמו את המחיר שהיה גבוה בדולר אחד מהכסף שעמד לרשותו ובסופו של דבר בעל החנות ויתר לו על דולר זה. לימים נמצא האקדח והוא הוצג בסמית'סוניאן בראשית המאה ה-20 אך מאז הוא אבד. את השבועות הבאים לאחר רכישת האקדח בילה גיטו במעקב אחר גרפילד ובאימונים לקראת ביצוע המעשה. בפעם הראשונה שבה הוא ירה באקדח הוא כמעט נפל לאחוריו מהדף הירי. הוא כתב מכתב לגרפילד בו הוא אמר לו שעליו לפטר את בליין, ולא "אתה והמפלגה הרפובליקנית תצטערו על כך". מכתב זה זכה להתעלמות מוחלטת, כמו כל המכתבים ששלח גיטו לבית הלבן.
גיטו המשיך להתכונן לרצח בקפידה. הוא כתב מכתב לויליאם שרמן, הגנרל המפקד של צבא ארצות הברית, בו הוא ביקש ממנו הגנה מפני ההמון שמן הסתם יתאסף סביבו לאחר שיהרוג את הנשיא. הוא גם כתב מכתבים נוספים המצדיקים את מעשהו כנחוץ ליישוב המחלוקות בין הפלגים של המפלגה הרפובליקנית. הוא ניגש לבית הכלא של מחוז קולומביה וביקש שיערך לו סיור, שכן שם הוא ציפה שהוא יכלא לאחר שייתפס, אך נאמר לו לשוב מאוחר יותר. את חודש יוני הוא בילה בהמשך המעקב אחר הנשיא בוושינגטון. באחת ההזדמנויות הוא עקב אחריו לתחנת רכבת כאשר הנשיא ליווה את אשתו בדרכה לנופש בחוף לונג ברנץ' שבניו ג'רזי, אך הוא החליט לא לירות בו אז, שכן הגברת הראשונה, לוקרשיה גרפילד הייתה ידועה בשל בריאותה הלקויה והוא לא רצה לפגוע בה.
הירי.
הנשיא גרפילד היה אמור לעזוב את וושינגטון ב-2 ביולי 1881 לחופשת הקיץ שלו וכך גם דווח בעיתוני העיר. גיטו המתין לו בתחנת הרכבת בלטימור ופוטומק שבפינה הדרום-מערבית של הצטלבות הרחוב השישי ושדרת החוקה. הנשיא הגיע לתחנה בדרכו לויליאמס קולג', בו הוא למד, שם הוא היה מתוכנן לשאת נאום לפני שיצא לחופשתו. הוא היה מלווה בבניו, ג'יימס והארי, ובמזכיר המדינה ג'יימס בליין. מזכיר המלחמה רוברט טוד לינקולן המתין לנשיא בתחנה כדי ללוותו. לגרפילד לא היו שומרי ראש. הנשיאים שקדמו לו לא העסיקו שומרי ראש, למעט אברהם לינקולן בתקופת מלחמת האזרחים.
כשנכנס הנשיא לאולם ההמתנה של התחנה, ניגש אליו גיטו וירה בו מאחור מטווח קצר. הנשיא זעק: "אלי, מה זה?". גיטו ירה שוב והנשיא צנח תחתיו. אחד הקליעים שרט את כתפו של הנשיא והשני פגע ישירות בגבו, עבר דרך החוליה הראשונה בעמוד השדרה המותני, החמיץ את חוט השדרה ונתקע בלבלב. גיטו החזיר את האקדח לכיסו ופנה לעזוב את התחנה באמצעות מונית שהמתינה לו בכניסה, אך בדרכו הוא התנגש בשוטר פטריק קירני שנכנס לתחנה לאחר ששמע מבחוץ את היריות.
קירני עצר את גיטו והיה כה נרגש מכך שהוא עצר את האיש שירה בנשיא, עד שהוא שכח לקחת ממנו את האקדח עד אשר הם הגיעו לתחנת המשטרה. השוטר קירני שאל את גיטו: "בשם האל, מדוע ירית בנשיא?" גיטו לא הגיב. ההמון שהתאסף דרש בצרחות לבצע בגיטו מעשה לינץ', אך קירני ושוטרים נוספים לקחו את גיטו לתחנת המשטרה ששכנה מספר רחובות משם. כשהוא הסגיר את עצמו לרשויות החוק אמר גיטו את המשפט שעליו חזר מספר פעמים לאחר מכן: "אני האיתן שבאיתנים! עשיתי זאת ואני רוצה להעצר! ארתור הוא כעת הנשיא!" משפט זה הוביל לזמן קצר לחשדות הבלתי מבוססים שארתור או תומכיו היו אלו שעמדו מאחורי פשעו של גיטו.
"האיתנים" היו פלג במפלגה הרפובליקנית שהיו נאמנים לסנאטור רוסקו קונקלינג. הם העניקו את תמיכתם לגרנט לתקופת כהונה שלישית בבחירות של 1880 והתנגדו נחרצות למדיניות "בני התערובת" (Half-Breeds) של בליין. הנשיא גרפילד לא היה מזוהה עם אף אחת מהסיעות, אך מזכיר המדינה בליין העניק את תמיכתו לגרפילד מרגע שנעשה ברור שהוא עצמו לא יוכל לזכות במועמדות המפלגה לנשיאות. צ'סטר ארתור, שהיה בעל בריתו של רוסקו קונקלינג, נבחר כשותפו למרוץ לנשיאות של גרפילד כדי לרצות את סיעת האיתנים. כמי שראה עצמו כחבר בסיעת האיתנים, שכנע גיטו את עצמו שעל ידי הסרתו מהבמה של גרפילד הוא יחולל מהלך לאיחוד שני הפלגים במפלגה הרפובליקנית.
הטיפול בגרפילד ומותו.
הנשיא גרפילד נלקח לקומה העליונה של תחנת הרכבת כשהוא בהכרה אך בהלם. אחד משני הקליעים שנורו נותר בגופו, אך לא עלה בידם של הרופאים למצוא אותו. מזכיר המלחמה רוברט לינקולן היה נסער. האירוע החזירו במחשבותיו לרצח של אברהם לינקולן. הוא אמר: "כמה שעות של יגון עברו עלי בעיר הזאת". מתחנת הרכבת הועבר גרפילד לבית הלבן ונאמר לו בתחילה על ידי הרופאים שהוא לא ישרוד עד תום הלילה. עם זאת, הוא נשאר בהכרה. בבוקר המחרת, השתפרו מדדי החיים שלו והרופאים החלו להיות יותר אופטימיים. מעקב רצוף אחר מצבו של הנשיא החל והרופאים החלו לפרסם פרסומים שוטפים על מצב בריאותו של הנשיא שהציבור עקב אחריהם במהלך כל הקיץ של 1881. מצבו של גרפילד היה בלתי יציב. חומו עלה וירד, היה עליו להתאמץ כדי לעכל מזון מוצק ורוב הקיץ הוא ניזון רק ממזון נוזלי.
מהנדסים של צי ארצות הברית בנו גרסה מוקדמת של מערכת מיזוג אוויר בניסיון להקל על הנשיא מהחום של הקיץ הוושינגטוני. מאווררים נשבו אוויר דרך תיבת גדולה של קרח אל חדר המשכב של הנשיא ופעולתו של מתקן זה הצליחה להוריד את הטמפרטורה ל-20 מעלות צלזיוס. הרופאים המשיכו לבדוק את פצעיו של הנשיא עם אצבעות ומכשירים שלא עברו חיטוי בניסיונם לאתר את הקליע ואלכסנדר גרהם בל בנה גלאי מתכות במיוחד למטרה זו. משימה זו לא הוכתרה בהצלחה, בין השאר בשל העובדה שמסגרת המתכת של מיטתו של הנשיא גרמה לכשל בפעולת המכשיר והן בשל העובדה שמי שמינה עצמו כרופאו הראשי של הנשיא, וילארד בליס, אישר לבל לעשות במתקן שימוש אך ורק בצדו הימני של הנשיא, זאת מתוך התעקשות של בליס שזהו הצד בו חבוי הקליע. הבדיקות שביצע בל בהמשך הביאו אותו למסקנה שגלאי המתכות היה תקין ושהוא היה מאתר את הקליע אם היו מתירים לו לבצע את הבדיקות בצדו השמאלי של גרפילד.
ב-29 ביולי קיים הנשיא גרפילד את ישיבת הקבינט היחידה בתקופת פציעתו. חברי הקבינט קיבלו הוראות חד משמעיות מהרופאים לא לדון עם הנשיא בנושאים שהיו עלולים להרגיזו. תוך מספר שבועות החמיר מצבו של הנשיא, דבר שגרם להיחלשות ליבו. הוא נותר מרותק למיטתו בבית הלבן כשחומו עולה והוא סובל מכאבים עזים. משקלו ירד מ-90 ק"ג ל-61 ק"ג וחוסר יכולתו לעכל מזון מוצק החמיר את מצבו עוד יותר. נעשו ניסיונות להחדיר מזון לגופו באמצעות חוקן, שכן הוא לא היה מסוגל לעכל מזון כלל. אלחי דם וזיהומים פשו בגופו של הנשיא ולזמן מה הוא סבל מהזיות. עם התפשטות הזיהומים פשו בגופו של הנשיא מורסות מוגלתיות.
ב-6 בספטמבר נלקח הנשיא גרפילד ברכבת לאזור החוף של ניו ג'רזי כמפלט מהחום בוושינגטון, זאת מתוך תקווה שאוויר צח ושלווה יסייעו להחלמתו. הוא הושכב במיטה ליד החלון שממנו נשקף חוף האוקיינוס. בשלב זה פשו בגופו זיהומים נוספים והוא סבל מתעוקת לב. ג'יימס גרפילד מת כתוצאה ממפרצת בעורק הטחול, ומדלקת ריאות בשעה 22:35 ביום שני, 19 בספטמבר 1881 באלברון, ניו ג'רזי, חודשיים לפני יום הולדתו החמישים. במהלך 79 הימים שבין ההתנקשות בחייו לבין מותו, הייתה פעולתו הרשמית היחידה של הנשיא גרפילד חתימה על בקשת הסגרה של זייפן שנמלט ונתפס לאחר שעבר לקנדה.