Столярная мастерская Зимнего была лучшей в столице. Там было собрано более 400 лучших мастеров. Своим мастерством Халтурин сразу понравился администрации дворца. Ему стали поручать столярные работы в царских покоях. Александр II тогда находился в Крыму, в Ливадийском дворце. Пользуясь правом рабочего «по столярной части», Халтурин детально ознакомился с расположением дворцовых комнат.
Он искусно разыграл роль простоватого мужичка, выходца из далекой, глухой деревни. Столяр Батышков наивно и бесхитростно удивлялся всему, что видел во дворце. Все его интересовало и поражало. Какой обед подают царю? Когда и сколько времени обедает государь? А бывают ли приглашенные к обеду люди? И обедает ли он отдельно от семьи? Да аккуратно ли к одному и тому же времени обед ему подают и аккуратно ли к обеду государь прибывать изволит?
Таким образом Халтурин быстро изучил дворцовые порядки, имеющие определенное значение для успешного выполнения его плана.
Халтурин жил в полуподвальном помещении Зимнего дворца, отведенном специально для работающих в нем столяров и наблюдавшего за ними жандарма. Над этим помещением, этажом выше, расположилась дворцовая кордегардия, а прямо над нею находилась царская столовая.
Из рассказов дворцовой прислуги Халтурину стало хорошо известно, в какое время обычно подавался обед царю и сколько он длился. Он решил совершить покушение на царя во время обеда. Этим планом он и поделился в Исполнительном комитете «Народной воли».
План одобрили, а для сношений с Халтуриным назначили Александра Квятковского. Однако в ноябре Квятковский был арестован. При обыске на его квартире, служившей конспиративной квартирой Исполнительного комитета, был обнаружен план Зимнего дворца. На этом плане царская столовая была помечена красным крестом.
Нечего и говорить, что это обстоятельство вызвало особое подозрение у полиции. Но сколько ни допрашивали Квятковского, откуда у него этот план и что означает пометка над обеденным залом, он не давал никаких объяснений. Подозрения III отделения усилились. Дворцовая полиция стала практиковать внезапные ночные обыски в помещениях дворцовой прислуги.
Однажды ночью, когда Халтурин и другие столяры спали глубоким сном, внезапно отворилась дверь и в комнате появился начальник дворцовой полиции в сопровождении нескольких жандармов. О введении системы внезапных ночных налетов для произведения обыска дворцовая прислуга еще не знала. Халтурин взволновался. В его сундуке хранился динамит, прикрытый сверху одеждой. Ему также было известно, что Квятковский схвачен полицией (с того времени Халтурин стал держать связь с Исполнительным комитетом через Желябова). И, естественно, у него появилась мысль, что пришли за ним. Лишь после того, как обыск всего помещения, кстати весьма поверхностный, был закончен и непрошенные ночные посетители удалились, Халтурин обрел свое обычное спокойствие.
Время шло. После неудавшихся покушений на царя, совершенных Исполнительным комитетом, надзор за Зимним дворцом чрезвычайно усилился. Были введены новые, более строгие правила внутреннего распорядка. Все отлучки прислуги и рабочих из дворца отмечались особо. При возвращении во дворец они подвергались обыску.
Нужно было обладать тем исключительным мужеством, той величайшей силой воли и выдержкой, какими отличался Халтурин, чтобы в создавшихся неимоверно тяжелых и опасных условиях не растеряться. Он неуклонно и упорно готовил взрыв.
Необходимо отметить, что у Халтурина замечались сомнения в правильности избранного им пути террора. В конце декабря 1879 г. Халтурин советовался с «лавристом» Мурашкинцевым и через него с народником Русановым: приводить ли назначенный им план в исполнение? И Мурашкинцев и Русанов дали ему утвердительный ответ.
Дело подвигалось к концу. Халтурин получил новую порцию динамита. Положив взрывчатку на дно корзины, наполненной бельем и накрахмаленными рубахами, он благополучно пронес ее сквозь сторожевой барьер. Всего в сундуке у Халтурина скопилось 2,5 пуда динамита.
17 февраля 1880 г. для того, чтобы не подвергать опасности людей, с которыми он столько времени прожил в одной комнате, Халтурин увел их в трактир под предлогом празднования своего дня рождения. Сам же он вернулся во дворец, запалил шнур и вышел на площадь. Там его в большой тревоге уже поджидал Желябов. Халтурин подошел к нему и спокойно произнес: «Ну, готово!»
Как известно, во время взрыва никто из царской семьи в столовой не находился. Александр II к обеду опоздал. Но даже, если бы обед состоялся своевременно, с царской семьей все равно ничего не случилось бы, так как столовая оказалась почти не затронутой взрывом из-за малого количества заложенного динамита. Пострадали лишь кордегардия и подвальное помещение. Взрывом было убито и ранено несколько человек, преимущественно из царского конвоя.
Покушение на жизнь царя оказалось неудачным, но о взрыве заговорили во всех слоях общества и в России, и за границей. «Народная воля» как революционная организация стала всемирно известной. Революционеры оказались в самом Зимнем дворце, взрыв его казался событием невероятным. Народовольцы показались всемогущими и вездесущими. Престиж царского правительства был подорван. Революционные и оппозиционные настроения в стране усилились. Все это могло в какой-то мере утешить Халтурина. Но он остался неудовлетворенным. Тщательно скрываясь, он тяготился невозможностью действовать.
Получив разосланное по всем губерниям распоряжение министерства внутренних дел о поиске Степана Батышкова и фотографию его, власти Вятской губернии уже 3 марта 1880 г. установили, что разыскиваемый высшими властями Петербурга Степан Батышков есть Степан Халтурин.
Под этой фамилией его знали как вожака рабочего движения Петербурга. О нем, видимо, донесли властям еще в 1877–1879 гг., но он уже тогда перешел на нелегальное положение.
Заявление Ширяева от 21 июля 1880 г., в котором он, отвечая на вопрос о деятельности «Северного союза русских рабочих», дал характеристику Степану Батурину (эту фамилию Халтурин носил в 1879 г. до поступления в Зимний дворец), подтвердило роль Степана в рабочем движении Петербурга, а также его непосредственное отношение к взрыву в Зимнем дворце.
Пребывание в Петербурге становилось крайне опасным. Аресты следовали один за другим. Весной 1880 г. Халтурин из Петербурга переехал в Москву. В старой столице революционное и оппозиционное движение в годы второй революционной ситуации также усилилось. Народовольцы приступили и здесь к организации рабочей группы, которая окончательно оформилась весной 1881 г.