Coinvolto quindi nel colpo di stato del 20 luglio 1944 messo in atto da Claus Schenk von Stauffenberg, dopo il fallimento di questo venne arrestato dalla Gestapo e processato al Tribunale del Popolo; condannato a morte venne impiccato nel carcere di Plötzensee; la salma di von der Schulenburg è conservata nel cimitero di Braunschweig.