Guernica, capital cultural e histórica vasca, tenía antes del ataque una población de unas 5.000 personas, a las que habría que añadir un gran número de tropas, que se retiraban para preparar la defensa de Bilbao, y refugiados que huían del avance de las tropas franquistas. En ese momento no tenía ningún tipo de defensa antiaérea, aunque sí tenía tres fábricas de armas, una de ellas de bombas de aviación.

La Legión Cóndor tenía como jefe del Estado Mayor al Teniente Coronel Wolfram von Richthofen (primo del histórico aviador de la Primera Guerra Mundial Manfred von Richthofen, más conocido como el Barón Rojo), que ordenó, al parecer, el bombardeo y que en su diario personal admitía que en Guernica se había portado "muy maleducadamente". El grupo de bombardeo estaba formado por cuatro escuadrillas de Ju-52 y la escuadrilla VB 88 de bombardeo experimental, con Heinkel He 111, y Dornier Do 17. Los bombarderos fueron escoltados por cazas Heinkel He 51 de las escuadrillas de caza 1 y 3.J/ 88 y por los Me-109 del 2.J/ 88, escuadrilla que estaba bajo el mando del teniente Gunther Lützow. Cierto número de aviones de caza italianos participaron asimismo en la misión.

El ataque empezó a las 4.30 de la tarde. Aunque posteriormente se dijo que el objetivo de la operación era la simple voladura de un puente, el hecho real es que tanto el puente como una fábrica de armas, situada en las afueras de la población, resultaron intactos, siendo muy improbable que las bombas lanzadas a 3.600 metros de altura impactaran en un puente de 15 metros y habida cuenta de que los aviones cargaban además bombas incendiarias. Sin embargo, el ataque fue devastador: los bombarderos lanzaron una gran cantidad de bombas medianas de 250 kg, livianas de 50 kg y más de tres mil proyectiles incendiarios de aluminio de 1 kg sobre el casco urbano de la ciudad. Los cazas Heinkel He 51, entretanto, disparaban en vuelo rasante a las tropas que huían del lugar.

La destrucción fue tan grande que provocó un intenso humo, por lo que los últimos bombarderos, al no poder ver los objetivos, descargaron las bombas a ciegas. A las 7.30 de la tarde terminó el ataque, no pudiéndose apagar totalmente el incendio hasta el día siguiente, en gran parte debido a la inexistencia de un parque de bomberos (que los dirigentes nacionalistas vascos consideraban innecesario).

Como cualquier otro lunes del año, ese del 26 de abril de 1937 era día de mercado, pero la cantidad de gente que había en Guernica no se había incrementado debido a este hecho, ya que la feria fue prohibida antes del mediodía por el alcalde, ante la cercanía del frente y el temor del avance enemigo. El número de víctimas mortales, 126 según las últimas estimaciones, estuvo claramente influido por el sistema de refugios que se había realizado en la villa.

El bombardeo de Ochandiano al comienzo de la contienda, el 22 de julio de 1936, provocó que se tomara la decisión de realizar un sistema de refugios para la población civil. Este proyecto se encargó al arquitecto municipal Castor Uriarte y al ingeniero Manuel Cabañes (madrileño que pasaba sus vacaciones en la villa). En enero de 1937 ya habían diseñado un sistema de defensa civil en el cual estaban habilitados 3 refugios para la población civil. Uno de ellos se ubicó en los sótanos de la Casa Consistorial, otro en un edificio de la calle Santa María y el último en Pasealeku. Eran de hormigón con cuatro galerías de túneles. Aparte de estos refugios públicos había otros privados, al menos siete, en los sótanos de algunos chalés.

Las instalaciones de las empresas "Talleres de Guernica", "Cuberterías Jypsa" y "Armas Astra, Unceta y Cía" contaban con sus propios refugios antiaéreos. Los de Astra todavía están en pie y constan de una galería de 30 m en bóveda de cañón.
El sistema de defensa civil desarrollado por la "Junta Municipal de Defensa" de Guernica mantenía un sistema de señales de alerta. Este era un sistema visual y sonoro. Un vigilante en la cumbre del monte Kosnoaga avisaba de peligro mediante la exhibición de banderas rojas, estas banderas eran vista por un segundo vigilante situado en el campanario de la iglesia de Santa María que tocaba a rebato y seguidamente todas las industrias que poseían sirenas hacían tocar las mismas.

El bombardeo de Guernica se ha convertido en un símbolo de los horrores de la guerra para todo el mundo. El hecho tuvo un gran impacto en su época, inspirando a Pablo Picasso su más famoso cuadro, el Guernica, que expuso por primera vez en el pabellón de España en la Exposición Internacional de París de 1937, y al ilustre escritor Blas de Otero que escribió un poema del mismo nombre, como también la chilena y premio Nobel de Literatura Gabriela Mistral, que escribió un poema titulado Árbol de Guernica. Las mismas tropas carlistas, que entraban ilusionadas en la villa retomada, recibieron un mazazo al comprobar el estado de la histórica villa y corrieron en busca del árbol donde se juraron los fueros. Este es uno de los motivos que se intentara no desmoralizar a la tropa tradicionalista para no perderla y se levantara una cortina de humo y de distintas versiones que explicaran lo ocurrido.

La mera discusión de cifras sobre el bombardeo, desde el número de aviones que intervinieron, la cantidad de bombas que se lanzaron y otros aspectos del bombardeo, generan polémica, precisamente porque este hecho histórico fue utilizado con fines propagandísticos por ambos bandos desde su planeamiento hasta las controvertidas, divergentes y muchas veces interesadas versiones de su historia que se pueden leer hoy en día. Otra irónica y sórdida casualidad lo constituye el hecho de que en la misma población existiera una fábrica donde se hicieran el mismo tipo de bombas y proyectiles incendiarios que cayeron sobre ésta.