Il ruolo di Tresckow nel più importante tentativo di rovesciare il nazismo fu piuttosto marginale, dato che, servendo sul fronte russo con von Kluge dapprima al comando di un reggimento e poi, promosso maggior generale, come capo di stato maggiore della 2ª armata, non aveva materialmente la possibilità di poter operare personalmente. Tuttavia, durante una lunga licenza per malattia, tra l'agosto e il settembre del 1943, egli risiedette a Berlino ed ebbe un ruolo importante nella "riscrittura" dei piani relativi all"'Operazione Valchiria", il complotto che revisionò con l'aiuto del colonnello Claus Schenk von Stauffenberg. Quando questi si fu assunto personalmente l'onere materiale di uccidere Hitler, dal fronte russo Tresckow gli consigliò di procedere con il tentativo di colpo di Stato in Germania, anche nel caso in cui l'attentato non fosse andato a buon fine. Riteneva di importanza fondamentale che, anche agli occhi del mondo, rimanesse traccia di un tentativo forte da parte dei tedeschi stessi di liberarsi del nazismo.