בסביבות 4.30 בבוקר 5 בספטמבר 1972, חוליית מחבלים פלסטינים מארגון ספטמבר השחור נכנסה לכפר האולימפי במינכן ופרצה לבניין בו שכנה המשלחת הישראלית. הישראלי הראשון בו נתקלו היה ויינברג, שגר בדירה מס' 1 יחד עם ששה מאמנים ושופטים ישראליים נוספים (ויינברג כנראה נמצא מחוץ לדירה כאשר המחבלים נכנסו לבניין). כשהבין שמדובר בפיגוע טרור, ניסה ויינברג להכות את המחבלים, ואחד מהם ירה בו ופצע אותו בלחיו. לאחר שהמחבלים השתלטו על יתר הדיירים בדירה 1, חוץ מאחד שהצליח לברוח (טוביה סוקולסקי), נלקח ויינברג הפצוע על ידי המחבלים כדי לעזור להם למצוא את שאר הספורטאים הישראלים. ויינברג שמר על ראש צלול למרות פציעתו, ודילג על דירה 2 הסמוכה, בה שכנו חמישה ספורטאים בענפי הסיוף, קליעה ואתלטיקה. בזכותו של ויינברג לא התגלו החמישה על ידי המחבלים והצליחו לצאת מהבניין ולהינצל. ויינברג הוביל את המחבלים לדירה 3, שבה שכנו המתאבקים ומרימי המשקולות. כנראה שהוא קיווה שלספורטאים החזקים יהיה סיכוי טוב יותר להילחם במחבלים. אבל ששת הספורטאים ששכנו בדירה 3 הופתעו בשנתם ונתפסו על ידי המחבלים. כאשר הם הובילו את הספורטאים מדירה 3 אל דירה 1, ויינברג שוב ניסה לתקוף את המחבלים, והצליח להכות עד עילפון אחד מהם. אחד המתאבקים, גד צברי, ניצל את המהומה ונמלט בריצה מהירה דרך חניון תת-קרקעי כאשר הוא מתחמק מיריות המחבלים. הם הרגו את ויינברג בצרור יריות, והשליכו מחוץ לבניין את גופתו העירומה והמגואלת בדם, למען יראו וייראו. ויינברג היה בכך לקורבן הראשון מתוך אחד-עשר של הטבח.