Le soir du 13 février 1820, le duc et la duchesse de Berry se rendent à l’Opéra. À l’entracte, le duc raccompagne la duchesse à sa voiture lorsqu’un homme surgit et le poignarde en pleine poitrine.
Gravement blessé, Charles Ferdinand est immédiatement conduit dans le salon de la loge royale de l'Opéra, où il agonise pendant plusieurs heures, entouré par la famille royale. Le duc expire au petit matin. Partout, c’est la stupéfaction. Ses funérailles sont organisées en grande pompe par Louis XVIII, qui assiste à la cérémonie. Son corps est transporté dans un char funèbre jusqu’à la basilique Saint-Denis où a lieu l’inhumation.
L'assassin, Pierre Louvel, bonapartiste fanatique et fervent antimonarchiste, voue une haine implacable aux Bourbons, dont il veut éteindre la race. Arrêté sitôt après l’attentat, l’homme avoue son crime et n’en éprouve aucun regret. Malgré les demandes de grâce du duc de Berry agonisant, Louvel est reconnu coupable le 6 juin 1820 d’« attentat ou complot contre la vie ou la personne des membres de la famille royale, dans le but de détruire ou de changer le gouvernement ou l’ordre de successibilité au trône [...] ». Condamné à mort, il est guillotiné le 7 juin 1820 sur la place de Grève, à Paris. Cet attentat marque profondément la famille royale et a de réels retentissements politiques.
Contre toute attente, la tentative d’extinction de la dynastie des Bourbons échoue. Au moment où la France découvre le décès du seul héritier du trône en âge d’assurer une descendance, elle apprend que son épouse est enceinte de quelques semaines. Pendant toute sa grossesse, elle sort peu et est constamment surveillée. On attend la naissance d’un petit garçon, la duchesse en est persuadée, qui formerait la nouvelle « souche » des Bourbons.