Hitler zog am 16. Januar 1945 in den Führerbunker ein, zusammen mit seinem Führungsstab, darunter Martin Bormann. Eva Braun und Joseph Goebbels stießen im April dazu, während Magda Goebbels mit ihren sechs Kindern im oberen Vorbunker wohnte. Zwei oder drei Dutzend Mitarbeiter des Hilfs-, Medizin- und Verwaltungspersonals waren ebenfalls dort untergebracht. Dazu gehörten Hitlers Sekretärinnen (darunter Traudl Junge), eine Krankenschwester namens Erna Flegel und der Feldwebel Rochus Misch, der sowohl Leibwächter als auch Telefonist war. Hitler nutzte zunächst weiterhin den unzerstörten Flügel der Reichskanzlei, wo er in seinem großen Arbeitszimmer nachmittags militärische Konferenzen abhielt. Anschließend trank er mit seinen Sekretärinnen Tee, bevor er für die Nacht in den Bunkerkomplex zurückkehrte. Nach einigen Wochen dieser Routine verließ Hitler den Bunker nur noch selten, außer für kurze Spaziergänge im Kanzleigarten mit seinem Hund Blondi. Der Bunker war überfüllt, die Atmosphäre war bedrückend, und täglich gab es Luftangriffe. Hitler hielt sich meist in der unteren Etage auf, wo es ruhiger war und er schlafen konnte. Konferenzen fanden einen Großteil der Nacht statt, oft bis 05:00 Uhr.
Am 16. April begann die Rote Armee die Schlacht um Berlin, und am 19. April begann sie, die Stadt einzukesseln. Hitler begab sich am 20. April, seinem 56. Geburtstag, zum letzten Mal an die Oberfläche und ging in den zerstörten Garten der Reichskanzlei, wo er das Eiserne Kreuz an Jungensoldaten der Hitlerjugend verlieh. Am Nachmittag wurde Berlin zum ersten Mal von sowjetischer Artillerie bombardiert.
Hitler verleugnete die schlimme Lage und setzte seine Hoffnungen auf die von Waffen-SS-General Felix Steiner befehligten Einheiten, die Armeeabteilung Steiner. Am 21. April befahl Hitler Steiner, die nördliche Flanke des eingekesselten sowjetischen Vorstoßes anzugreifen und befahl der deutschen Neunten Armee, südöstlich von Berlin in einem Zangenangriff nach Norden vorzustoßen. Am Abend erreichten Panzer der Roten Armee den Stadtrand von Berlin. Als Hitler am 22. April in der nachmittäglichen Lagebesprechung erfuhr, dass sich Steiners Truppen nicht bewegt hatten, verfiel er in eine tränenreiche Wut, als er erkannte, dass der Angriff nicht durchgeführt werden würde. Er erklärte zum ersten Mal offen, dass der Krieg verloren sei – und er gab seinen Generälen die Schuld. Hitler kündigte an, bis zum Ende in Berlin zu bleiben und sich dann selbst zu erschießen.
Am 23. April ernannte Hitler General der Artillerie Helmuth Weidling, Kommandeur des LVI Panzerkorps, zum Befehlshaber des Verteidigungsbereiches Berlin und löste damit Oberstleutnant Ernst Kaether ab. Bis zum 25. April hatte die Rote Armee die Einnahme Berlins gefestigt, obwohl die Befehle vom Führerbunker aus gegeben wurden. Es gab keine Aussicht, dass die deutsche Verteidigung etwas anderes tun konnte, als die Einnahme der Stadt zu verzögern. Hitler berief Generalfeldmarschall Robert Ritter von Greim aus München nach Berlin, um das Kommando über die Luftwaffe von Hermann Göring zu übernehmen, der am 26. April zusammen mit seiner Geliebten, der Testpilotin Hanna Reitsch, eintraf.
Am 28. April erfuhr Hitler, dass Reichsführer-SS Heinrich Himmler über Graf Folke Bernadotte versuchte, mit den Westalliierten über Kapitulationsbedingungen zu verhandeln, was Hitler als Hochverrat ansah. Himmlers SS-Vertreter in Berlin, Hermann Fegelein, wurde nach einem Kriegsgericht wegen Desertion erschossen, und Hitler ordnete Himmlers Verhaftung an. Am selben Tag führte General Hans Krebs vom Führerbunker aus sein letztes Telefongespräch mit Generalfeldmarschall Wilhelm Keitel, Chef des Oberkommandos der Wehrmacht (OKW) in Fürstenberg. Krebs teilte ihm mit, dass alles verloren sei, wenn nicht innerhalb von 48 Stunden Hilfe käme. Keitel versprach, den größtmöglichen Druck auf die Generäle Walther Wenck, Befehlshaber der Zwölften Armee, und Theodor Busse, Befehlshaber der Neunten Armee, auszuüben. Unterdessen telegrafierte Bormann an den deutschen Admiral Karl Dönitz: „Reichskanzlei ein Trümmerhaufen.“ Die ausländische Presse berichte von neuen Verratsfällen und „dass Schörner, Wenck und die anderen ausnahmslos ihre Treue durch schnellste Ablösung des Führers beweisen müssen“.
Am Abend flogen von Greim und Reitsch in einem Arado Ar 96-Trainer aus Berlin aus. Generalfeldmarschall von Greim erhielt den Befehl, die Luftwaffe zum Angriff auf die sowjetischen Streitkräfte zu veranlassen, die gerade den Potsdamer Platz erreicht hatten, nur einen Häuserblock vom Führerbunker entfernt. In der Nacht zum 28. April meldete General Wenck an Keitel, dass seine Zwölfte Armee auf der gesamten Front zurückgedrängt worden war und es für seine Armee nicht mehr möglich war, Berlin zu entlasten. Keitel gab Wenck die Erlaubnis, den Versuch abzubrechen.
Hitler heiratete Eva Braun nach Mitternacht am 28. und 29. April in einer kleinen zivilen Zeremonie im Führerbunker. Anschließend ging er mit seiner Sekretärin Traudl Junge in ein anderes Zimmer und diktierte sein Testament. Hans Krebs, Wilhelm Burgdorf, Goebbels und Bormann bezeugten und unterschrieben die Dokumente gegen 04:00 Uhr. Hitler legte sich dann zu Bett.
Am späten Abend des 29. April meldete sich Krebs über Funk bei Jodl: „Bitte um sofortige Meldung. Erstens über den Verbleib der Speerspitzen von Wenck. Zweitens über den Zeitpunkt des beabsichtigten Angriffs. Drittens über den Standort der Neunten Armee. Viertens von der genauen Stelle, an der die Neunte Armee durchbrechen wird. Fünftens über den Aufenthaltsort der Speerspitze von General Rudolf Holste.“ Am frühen Morgen des 30. April antwortete Jodl an Krebs: „Erstens, Wencks Speerspitze hat sich südlich des Schwielowsees festgefahren. Zweitens: Zwölfte Armee deshalb nicht in der Lage, den Angriff auf Berlin fortzusetzen. Drittens: Hauptteil der Neunten Armee eingekesselt. Viertens: Holste’s Corps in der Defensive.“
SS-Brigadeführer Wilhelm Mohnke, Befehlshaber des Regierungsbezirks Mitte in Berlin, informierte Hitler am Morgen des 30. April, dass er weniger als zwei Tage halten könne. Später am Morgen informierte Weidling Hitler, dass die Verteidiger wahrscheinlich in dieser Nacht ihre Munition erschöpfen würden und bat ihn erneut um die Erlaubnis zum Ausbruch. Weidling erhielt die Erlaubnis schließlich um etwa 13:00 Uhr. Hitler erschoss sich am Nachmittag im Führerbunker, und Braun nahm Zyankali. Auf Hitlers Anweisung wurden die Leichen im Garten hinter der Reichskanzlei verbrannt. Goebbels wurde gemäß Hitlers letztem Willen zum neuen Regierungschef und Reichskanzler ernannt. Reichskanzler Goebbels und Bormann schickten um 03:15 Uhr einen Funkspruch an Dönitz, in dem sie ihn über Hitlers Tod informierten, und Dönitz wurde gemäß Hitlers letztem Willen zum neuen Reichspräsidenten ernannt.
Krebs sprach am 1. Mai gegen 04:00 Uhr mit General Wassili Tschuikow, dem Kommandeur der sowjetischen 8. Gardearmee, und Tschuikow forderte die bedingungslose Kapitulation der verbliebenen deutschen Streitkräfte. Krebs hatte nicht die Befugnis, zu kapitulieren, also kehrte er in den Bunker zurück. Am späten Nachmittag ließ Goebbels seine Kinder vergiften, und er und seine Frau verließen den Bunker gegen 20:30 Uhr. Über das, was danach geschah, gibt es mehrere unterschiedliche Berichte. Einem Bericht zufolge erschoss Goebbels seine Frau und dann sich selbst. Eine andere Darstellung besagt, dass sie jeweils auf eine Zyanid-Ampulle bissen und unmittelbar danach einen Gnadenstoß erhielten. Goebbels‘ SS-Adjutant Günther Schwägermann sagte 1948 aus, dass das Ehepaar vor ihm die Treppe hinauf und in den Garten des Kanzleramtes gegangen sei. Er wartete im Treppenhaus und hörte die Schüsse, ging dann die restliche Treppe hinauf und sah draußen die leblosen Körper des Paares. Er folgte dann dem Befehl von Joseph Goebbels und ließ einen SS-Soldaten mehrere Schüsse auf Goebbels‘ Körper abgeben, der sich nicht bewegte. Die Leichen wurden dann mit Benzin übergossen und angezündet, aber die Überreste wurden nur teilweise verbrannt und nicht begraben.
Weidling hatte den Befehl gegeben, dass die Überlebenden nach Nordwesten ausbrechen sollten, und der Plan begann gegen 23:00 Uhr. Die erste Gruppe aus der Reichskanzlei wurde von Mohnke angeführt; sie versuchte erfolglos, die sowjetischen Ringe zu durchbrechen und wurde am nächsten Tag gefangen genommen. Mohnke wurde von SMERSH verhört, wie andere, die aus dem Führerbunker gefangen genommen wurden. Der dritte Ausbruchsversuch aus der Reichskanzlei wurde gegen 01:00 Uhr am 2. Mai unternommen, und Bormann gelang es, die Spree zu überqueren. Arthur Axmann folgte der gleichen Route und berichtete, Bormanns Leiche kurz vor der Weidendammer Brücke gesehen zu haben.
Um 01:00 Uhr empfingen die sowjetischen Streitkräfte einen Funkspruch des LVI Panzerkorps mit der Bitte um Waffenstillstand. Unten im Führerbunker begingen General Krebs und General Burgdorf Selbstmord durch Kopfschuss. Die letzten Verteidiger im Bereich des Bunkerkomplexes waren französische SS-Freiwillige der 33. Waffen-Grenadier-Division der SS Charlemagne (1. Franzosen), und sie blieben bis zum frühen Morgen. Die sowjetischen Truppen nahmen dann die Reichskanzlei ein. General Weidling kapitulierte mit seinem Stab um 6:00 Uhr, und sein Treffen mit Tschuikow endete um 8:23 Uhr. Johannes Hentschel, der Elektromeister des Bunkerkomplexes, blieb, nachdem alle anderen entweder gegangen waren oder Selbstmord begangen hatten, da das Feldlazarett in der Reichskanzlei darüber Strom und Wasser brauchte. Er ergab sich der Roten Armee, als diese am 2. Mai um 09:00 Uhr in den Bunkerkomplex eindrang. Die Leichen von Goebbels‘ sechs Kindern wurden am 3. Mai entdeckt. Man fand sie in ihren Betten im Vorbunker mit deutlichen Spuren von Zyanid im Gesicht.