El 20 de julio de 1944, Sponeck escuchó por la radio la noticia acerca del atentado contra Hitler. A Heinrich Himmler se le confirió el cargo de Oficial de Seguridad del "Reich" y Sponeck era el primero de su lista de sospechosos. Himmler ordenó que Sponeck fuera fusilado inmediatamente, lo que se llevó a cabo a las siete horas y trece minutos del 23 de julio de 1944 en Germersheim. Antes de ser ejecutado se le administró la Eucaristía. En una carta dirigida a su mujer, escribió: "Muero creyendo firmemente en mi Redentor". El sacerdote que estuvo presente en aquellos momentos relató que Sponeck, defendiendo la legalidad de su comportamiento en la península de Kerch, se dirigió valientemente hacia el pelotón de fusilamiento y pidió que no se le vendaran los ojos ni que se le ataran las manos. Sus últimas palabras frente a sus ejecutores fueron: "Durante cuarenta años he servido a Alemania con todo mi corazón, como soldado y como oficial. ¡Si hoy he de morir, confío en que sea por una Alemania mejor!". Fue enterrado en Germersheim y no se permitieron discursos ni alocuciones en su funeral; tan solo la oración del Padre nuestro. Después de la guerra, sus restos fueron exhumados y trasladados al cementerio militar de Dahn, en el bosque del Palatinado.