Canaris hatte erst in der ersten Julihälfte 1944 von den beiden Oberstleutnanten der Abwehr Freytag von Loringhoven und Werner Schrader vom bevorstehenden Attentat auf Hitler durch Claus Schenk von Stauffenberg erfahren.[41] Wie Canaris auf diese Mitteilung reagierte, ist nicht überliefert. Sicher ist, dass Canaris in früheren Jahren immer eine Ermordung Hitlers abgelehnt hatte. Wie Canaris am 20. Juli vom Attentat erfuhr, ist unklar; es gibt dazu zwei Versionen. Nach der ersten Version wurde Canaris am 20. Juli um 17 Uhr von Generalstabsrichter Karl Sack, einem der Verschwörer des 20. Juli 1944, über den Anschlag unterrichtet. Nach der zweiten Version soll Stauffenberg persönlich Canaris am Nachmittag des 20. Juli angerufen haben, als Sack mit zwei weiteren Freunden anwesend war.[42] Die zweite Version erstaunt, da Stauffenberg und Canaris ein schlechtes persönliches Verhältnis zueinander hatten. Im sogenannten Kaltenbrunner-Bericht der SS über die Untersuchung des Attentats ist jedenfalls kein Hinweis enthalten, obwohl die Anwesenheit von Sack bei Canaris dort vermerkt ist. Trotzdem soll Stauffenberg bei seinem Anruf Canaris ohne Umschweife erklärt haben, der Führer sei durch eine Bombe getötet worden. Canaris, dem bekannt war, dass er abgehört wurde, soll geantwortet haben:[43]„Tot? Um Gottes willen, wer war es denn? Die Russen?“
Canaris sendete von seiner Dienststelle in Eiche sofort eine Ergebenheitsadresse an das Führerhauptquartier Wolfsschanze, in der er Hitler zur wundersamen Rettung beglückwünschte.
Der Chef des Amtes M (auch Amt Mil oder Militärisches Amt, Name der ehemaligen Abwehr im SD), Oberst Georg Hansen, gestand am 22. Juli vor Gestapochef Heinrich Müller seine Teilnahme am Umsturzversuch und nannte Canaris als „
geistigen Treiber der Umsturzbewegung“. Am 23. Juli wurde Canaris beim Kaffeetrinken mit zwei Freunden von SD-Chef Schellenberg persönlich verhaftet.
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