Vers 9 h 00 le 29 octobre, Brahim Aouissaoui a fait irruption dans la cathédrale Notre-Dame de Nice en criant «Allahou akbar», et pendant 28 minutes il a tué trois personnes.
La première victime de Aouissaoui, armé d'un couteau de 30 centimètres, est une paroissienne de 60 ans, qu'il a décapitée près des fonts baptismaux. Ensuite, l'islamiste s'en est pris à un membre du clergé qui se préparait à la première messe de la journée. Vincent Loquès, 55 ans, a reçu plusieurs profondes blessures au couteau à la gorge, qui l'ont également tué sur place.
Simone Barreto Silva a réussi à s'enfuir de la cathédrale et à se réfugier dans un bar à burgers voisin, mais ses blessures par coups de couteau se sont révélées incompatibles avec la vie. Cette Brésilienne de 44 ans a seulement eu le temps de dire aux médecins arrivés sur place qu'elle aimait ses enfants, avant de mourir.

Environ une demi-heure après le début de l'attaque, quatre policiers sont arrivés sur les lieux. En entrant dans la cathédrale, ils ont affronté Aouissaoui, qui se comportait de manière menaçante et criait «Allahou akbar». Il a contraint les policiers à utiliser non seulement un pistolet électrique, mais aussi 14 balles réelles. Blessé à plusieurs reprises, il a été transporté à l'hôpital de Nice.

Dans la foulée de ces événements, le niveau de menace terroriste le plus élevé a été décrété en France, et le ministre de l'Intérieur Gérald Darmanin a déclaré que le pays était « en état de guerre contre l'idéologie, l'idéologie islamiste », qui veut imposer ses codes culturels et son mode de vie par la terreur ».
Âgé de 21 ans, Aouissaoui, selon Daily Mail, — est un Tunisien qui résidait récemment à Bou Hadjla. L'un de ses voisins a raconté que Brahim avait des difficultés à trouver du travail, mais, selon les autorités locales, il ne figurait pas parmi les extrémistes potentiels et n'était pas fiché par la police.
Il a quitté le pays vers le 14 septembre et, selon son document de la Croix-Rouge italienne, il est arrivé en Europe via l'île de Lampedusa à bord d'un navire de migrants.
Aouissaoui, qui n'avait jusqu'alors jamais attiré l'attention des services de renseignement français, est arrivé à la gare de Nice vers 6 h 30 le 29 octobre, puis, après s'être changé, il a atteint la cathédrale vers 8 h 30. « À son arrivée en France, il m'a appelé, a raconté à la chaîne Al Arabiya TV le frère de Brahim. Il m'a envoyé une photo de la cathédrale et a dit qu'il voulait passer la nuit à côté ».

Les services de renseignement français ont indiqué qu'outre un sac contenant des effets personnels, Aouissaoui avait également deux téléphones portables, deux autres couteaux non utilisés et un Coran.
Le soir même de l'attaque, les forces antiterroristes de la police ont arrêté à Nice un homme de 47 ans qui avait fourni à Aouissaoui l'un des téléphones. Il est également soupçonné d'avoir entretenu des contacts étroits avec le djihadiste la veille de l'acte terroriste.
Des attentats similaires, qui seraient liés à la « guerre sainte » en réaction aux caricatures du prophète Mouhammad publiées par le journal Charlie Hebdo, ont eu lieu le 29 octobre en deux autres endroits : à Avignon, en France, un homme qui menaçait les passants d'un couteau en criant « Allahou akbar ! » a été abattu, et à Djeddah (Arabie saoudite), un garde du consulat de France a été attaqué. Il a été blessé, mais ses jours ne sont pas en danger.
Le 16 octobre, dans la banlieue de Paris, un professeur d'école a été décapité, lui qui montrait pendant ses cours des caricatures du prophète Mouhammad.
Aujourd'hui, le combattant russe de l'UFC Khabib Nourmagomedov s'est exprimé brutalement à l'égard du président français Emmanuel Macron, ajoutant que « Allah est juste dans son calcul ».