За несколько дней до попытки переворота 20 июля 1944 года гестапо приняло решение об аресте Гёрделера, но ему удалось перейти на нелегальное положение. Скрывался в Берлине, затем в поместье одного из своих друзей и снова в Берлине. После 20 июля за его выдачу была установлена награда в один миллион марок, однако никто из знавших его местонахождение людей не стал предателем. В этих условиях продолжал заниматься писательской работой, написав трактат о будущем Германии, которое, по его мнению, зависело от соблюдения христианских принципов. Ночью 8 августа покинул Берлин и некоторое время скрывался в Западной Пруссии. 12 августа был опознан в гостинице в Конрадсвальде некой Хеленой Шверцель, которая выдала его властям, получив затем обещанную награду лично от Гитлера (в 1946 она была приговорена к шести годам лишения свободы). Члены семьи Гёрделера были отправлены в концлагерь.