В отсутствие Азефа покушение вновь расстроилось. Савинков занялся более легким предприятием на юге. Алексей Покотилов решил попытать счастья в столице, но подорвался при снаряжении бомбы в гостинице. И вновь Азеф собрал боевиков. Савинков вспоминал, как он неожиданно нагрянул в их киевское убежище и отчитал дезертиров: «Что вас смущает? Если нет людей — их надо найти. Если нет динамита — его необходимо сделать. Но бросать дело нельзя никак. Плеве во всяком случае будет убит. Если мы его не убьем — его не убьет никто». По его плану Савинков под видом богатого англичанина нанял квартиру в Петербурге. Эсерка Дора Бриллиант выдавала себя за его содержанку, остальные боевики играли роль прислуги. 15 июля 1904 г. Егор Созонов метнул бомбу в карету министра. Плеве был убит. В драматической истории этого покушения можно было заметить некоторые странности. Во-первых, всякий раз, как боевики выходили на улицу с бомбами в руках, их главный руководитель оказывался в другом городе. Во-вторых, Азеф сделал косвенную попытку предупредить полицию. Зимой 1904 г. он поведал полиции фантастическую историю о неизвестных террористах, появившихся в Петербурге. Весной он сообщил, что имеет сведения о подготовке покушения на директора Департамента полиции, и уточнил, что оно произойдет около здания на Фонтанке. Сопоставив эти факты несколько лет спустя, Ратаев пришел к выводу, что его агент хотел, чтобы полиция усилила охрану и схватила террористов. Убедившись в бесполезности намеков, Азеф «окончательно махнул рукой на все и предоставил события их нормальному течению».
Азеф явно колебался: скрыть подготовку террористического акта или выдать его участников? Желание довести предприятие до конца могло объясняться личной неприязнью агента к министру внутренних дел. До Азефа дошли слухи о благосклонном отношении Плеве к организаторам Кишиневского погрома в апреле 1903 г. Он был взбешен, и Ратаеву стоило больших трудов успокоить его. Не исключено, что Азеф затаил жажду мести.
Когда весть об убийстве министра достигла Швейцарии, эсеры заседали на съезде заграничных организаций в деревне Германе близ Женевы. Они отметили это событие такой бурной попойкой, что пришлось вмешаться местной полиции. Азеф стал героем в глазах членов партии. Вдохновленные удачей, эсеры спешили деморализовать царизм еще более впечатляющей акцией. На совещании Боевой организации в Париже было решено нанести тройной удар. Жертвами были намечены три генерал-губернатора. Азеф разделил боевиков на три отряда и отправил их в Россию.
Московской группой руководил Савинков. 4 февраля 1905 г. на территории Кремля переодетый разносчиком Иван Каляев метнул бомбу в карету бывшего генерал-губернатора, командующего войсками округа великого князя Сергея Александровича. Дядя царя был разорван на части. Однако аналогичные покушения в Петербурге и Киеве сорвались. Участие Азефа в покушении на великого князя было менее заметным, чем в деле Плеве. Он полностью отстранился от черновой работы и вопреки настоятельным просьбам членов Боевой организации уклонился от поездки в Россию. Через год, когда эсеры вновь собрались в Москве, чтобы повторить покушение на генерал-губернатора Ф.В. Дубасова, Азефу не удалось остаться в стороне. Савинков решил временно оставить свой боевой пост, потому что его внешность уже примелькалась московским филерам. После отговорок и колебаний Азеф вынужден был согласиться сменить его.
Он приехал в Москву 23 апреля 1906 г. На следующий день террористы перекрыли все выезды из Кремля, но экипаж генерал-губернатора благополучно миновал их засады. Один из боевиков, Борис Вноровский, неожиданно увидел, как экипаж выехал на Тверскую улицу из бокового переулка. Он бросился наперерез и метнул бомбу. Взрыв убил его самого и молодого адъютанта, Ф.В. Дубасов получил легкие ранения. Неудавшееся покушение было единственным случаем, когда Азеф рискнул наблюдать за действиями террористов с близкого расстояния. Сразу после взрыва он вместе с другими посетителями был задержан полицией в кофейне Филиппова на Тверской улице. Его отпустили по распоряжению филера, знавшего Азефа в лицо. Впоследствии ему пришлось выкручиваться, чтобы правдоподобно объяснить товарищам свое освобождение. Кроме того, эсеры задумались о причинах неудачи. Азеф возлагал всю вину на засаду, проглядевшую экипаж генерал-губернатора. Боевики клялись, что никого не пропускали. Спустя несколько лет некоторые эсеры высказывали убеждение, что Азеф намеренно расставил террористов по маршруту, которым Дубасов никогда не ездил.