Guernica, símbolo de los fueros vascos, tenía antes del ataque una población de unos 5000 habitantes, a las que habría que añadir un gran número de soldados, 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 comandante al general Hugo Sperrle, siendo en esa fecha su jefe de Estado Mayor el 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 primer ataque lo realizaron un Dornier Do 17 alemán y tres Savoia S-79 italianos que habían despegado de Soria a las tres y media de la tarde con la misión de bombardear la carretera y el puente al este de Guernica, para obstaculizar la retirada del ejército republicano. Las bombas de los S-79 cayeron en los alrededores del puente y la estación de ferrocarril, destruyendo varias viviendas, y las del Dornier Do-17 alcanzaron la iglesia de San Juan. A continuación intervinieron uno o tres, según las fuentes, bombarderos alemanes He-111. Todos ellos iban escoltados por cazas.
A las seis de la tarde fue cuando se produjo el bombardeo más intenso a cargo de 19 Ju-52 alemanes.