การลอบยิงเกิดขึ้นบริเวณทางขึ้นลงรถไฟฟ้าใต้ดิน MRT สถานีสีลม ฝั่งสวนลุมพินี บริเวณแยกศาลาแดง เมื่อเวลาประมาณ 19.20 น. ของวันที่ 13 พฤษภาคม พ.ศ. 2553 โดยได้รับบาดเจ็บสาหัสจากการถูกยิงด้วยกระสุนจากพลซุ่มยิงมุมสูงเข้าที่ศีรษะท้ายทอยด้านขวาและทะลุท้ายทอยด้านซ้าย กลุ่มคนเสื้อแดงได้รีบนำตัวส่งโรงพยาบาลหัวเฉียว[3] หลังจากนั้นทางญาติจึงตัดสินใจย้ายไปรับการรักษาต่อที่โรงพยาบาลวชิรพยาบาลในกลางดึกของวันเดียวกัน โดยทางแพทย์ผู้ให้การรักษาได้ให้เหตุผลว่าทางวชิรพยาบาลมีอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่เพียบพร้อมกว่า[4] อาการของ พล.ต.ขัตติยะ อยู่ในสภาพทรงตัวมาตลอดจนกระทั่งเสียชีวิตด้วยภาวะไตวายเฉียบพลันเมื่อวันที่ 17 พฤษภาคม พ.ศ. 2553 เวลา 09.20 น.[5] โดยมีกำหนดการพระราชทานเพลิงศพ พล.ต.ขัตติยะ สวัสดิผล หรือ เสธ.แดง ที่วัดโสมนัสราชวรวิหาร ในวันที่ 22 มิถุนายน 2553 เวลา 17.00 น.