به محض ورود ماموران، رئیس پلیس اداره امنیت چهارباغ با مشاهده صادق زارعی بدون دلیل اقدام به کشیدن اسلحه و تیراندازی از فاصله بسیار نزدیک به سمت سر او کرده که سبب اصابت گلوله به گردن وی می‌گردد.

استفاده از اسلحه و تیراندازی از فاصله بسیار نزدیک توسط رئیس پلیس اداره امنیت چهارباغ در حالی بوده، که دستکم ۷ مامور دیگر به همراه او در صحنه حضور داشته و آنها به راحتی می‌توانستند صادق زارعی را بدون استفاده از اسلحه بازداشت کنند. به ویژه اینکه این جوان نه اسلحه‌ای در دست داشته و نه اساسا هنگام مشاهده ماموران اقدام به قرار یا مقاومت کرده است.

پس از اصابت گلوله و بر زمین اقتادن صادق زارعی، رئیس پلیس اداره امنیت چهارباغ دو گلوله دیگر نیز به وی شلیک می‌کند. به گفته شاهدان عینی، با وجود جراحت شدید صادق زارعی، رئیس پلیس اداره امنیت چهارباغ، اقدام به ضرب و شتم او کرده و بدون توجه به جراحت‌های وارده، این جوان ۳۲ ساله را روی زمین کشیده و با زور و خشونت شدید از ساختمان خارج می‌کند.

در نهایت اگرچه صادق زارعی پس از چندین ساعت به بیمارستان منتقل می‌شود اما در نتیجه جراحت‌های شدید ناشی از اصابت گلوله به ویژه قطع نخاع پس از ۱۰ روز جان خود را در بیمارستان از دست می‌دهد.