Letelier ocupaba el cargo de ministro de Defensa al ocurrir el golpe militar del 11 de septiembre de 1973, siendo detenido por fuerzas militares cuando ingresa a su despacho en el Ministerio de Defensa, ubicado en Alameda con la avenida Bulnes, a menos de 100 metros del Palacio de Gobierno, convirtiéndose en el primer alto funcionario gubernamental en ser detenido.