У березні 1942 року Штюльпнагель був призначений командуючим військами окупованої Франції. Використовував свій пост для продовження боротьби з нацистським керівництвом Німеччини. Через свого особистого помічника оберст-лейтенанта (підполковник) Цезаря фон Хофакера підтримував зв'язок з групою заколотників піл керівництвом Клауса фон Штауффенберга. План заколоту передбачав захоплення влади у Парижі та негайну пропозицію миру союзникам. Після замаху на Гітлера 20 липня 1944 року Штюльпнагель наказав вірним йому частинам заарештувати членів СС та гестапо у Парижі. Це стало найбільш успішною операцією 20 липня: без єдиного пострілу було заарештовано 1200 чоловік. Коли виявилося, що «Валькірія» у Берліні провалилася, арештованих відпустили, а їх арешт оголосили навчаннями. Наступного дня Штюльпнагель був викликаний у ставку Верховного командування. На шляху до Німеччини він зробив спробу застрелитися. Тяжка рана виявилася несмертельною, хоча і призвела його до сліпоти. Штюльпнагель був поміщений до лазарету, а після видужання переданий гестапо. На суді зберіг, за словами одного спостерігача, «солдатську виправку».