1936年7月的人口调查中，
格尔尼卡共有5630名居民。1937年大轰炸的时候，周边共有约2650名难民涌入了城内，因此总人数应该在1万人以内。空袭当日虽然正值“周一市场日”，不过由于3月31日的杜兰戈大轰炸及战线的逼近，市当局在24个小时前就已发出警告，要求居民不要聚集在市场。即便如此，当天的市场依旧有许多农民聚集，市场也在紧张的气氛中开始交易。此外，原定于下午举行的
巴斯克地区手球比赛虽然被取消，但有不明情况的观众依旧聚集在一起。
格尔尼卡大轰炸的主要凶手是
秃鹰军团及其指挥下的“意大利航空军团”（Italian Aviazione Leginaria），他们派出的军机分别从格尔尼卡南部50公里外的维多利亚基地和西南部135公里外的布鲁格斯基地起飞攻向格尔尼卡，而布鲁格斯正是
佛朗哥政权的所在地。意大利的军机主要有萨伏亚SM79轰炸机（可携带1000公斤炸弹）、菲亚特CR32战斗机，德国的军机则为容克斯Ju52轰炸机（可携带500公斤炸弹）、亨克尔He51战斗机（两翼可携带10公斤炸弹）、
亨克尔He111轰炸机（可携带1500公斤炸弹）、道尼尔Do17战斗机，以及梅塞施密特Bf109B战斗机。
关于对格尔尼卡进行轰炸的原因，一是因为意大利航空军团为阻扰巴斯克军队的撤退，从3800米高度投下了12枚50公斤炸弹，试图对伦特里亚地区进行轰炸。这一轰炸本身也是对高空轰炸地面小型目标所进行的一种训练，但实际上轰炸任务失败，炸弹并没有破坏桥梁、军工厂等既定目标，而是落在了格尔尼卡。另外一个原因在于，秃鹰军团试图通过轰炸破坏平民的生命财产安全，测试对撤退中的共和国军队、民众能够制造什么程度的心理恐慌。
第一波轰炸开始于下午4点30分，250公斤的炸弹被投下用于炸毁建筑物。第二波轰炸开始于下午6点30分，数百枚燃烧弹引发了大火。第三波轰炸并没有破坏目标物，不过轰炸机倾泻了剩余的所有炸弹。在三波轰炸的间隙，战斗机则以居民为目标进行了机枪扫射攻击。圣玛利亚教会当天下午敲响了三次防空警钟，直至晚7点30分警钟停止鸣放后，市民们才走出防空壕。
4-50架轰炸机与大量战斗机组成的125-140架空袭部队共投掷了250公斤炸弹39枚、50公斤炸弹260枚、1公斤炸弹5472枚。市内共有721栋建筑物被炸毁、烧毁，这意味着共有71%的房屋被彻底破坏，此外有7%的房屋严重受损，22%的房屋轻微受损。防空壕虽然保护了众多的市民，不过城市大厅的防空壕被炸毁，24人遇难，圣玛利亚路防空壕中遇难45人，养老院防空壕坍塌遇难31人，除此之外没有大量遇难的记录。
关于市民的遇难人数没有确定的说法。根据巴斯克政府的官方报告，共有1654人死亡，889人受伤。当时市政府的建筑家认为死者在250人左右，此外还有超过这一数字的受伤者。荒井信一认为：“直至本世纪70年代为止，一般都认为1654人是可信的数字，不过《西班牙的市民战争》一书作者休·托马斯在其1977年出版此书时，将死者人数修改为‘200人以上’。”