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.

Крайнее напряжение всех физических и моральных сил в период руководства «Северным союзом русских рабочих» и особенно во время подготовки взрыва Зимнего дворца подорвали здоровье Халтурина. Зимой 1879–1880 гг. он заболел туберкулезом. Весной 1880 г. болезнь обострилась. Нелегальное положение лишало его крайне необходимой медицинской помощи. Состояние здоровья все ухудшалось, и он начал терять надежду на выздоровление. Но рабочая семья, в которой он жил, товарищи по революционному подполью сделали все возможное для спасения его жизни. К лету 1880 г. здоровье Халтурина значительно улучшилось.

Между тем царские власти усиленно искали Халтурина. Жандармы никак не могли установить его местопребывание и донесли высшему начальству, что Халтурин уехал за границу. Из Румынии сообщили, что будто бы проживал он здесь с Л. Г. Дейчем, а оттуда на пароходе отправился в Лондон к П. Л. Лаврову за денежной помощью для дальнейшей революционной деятельности. Л. Г. Дейч в своих мемуарах ничего не говорит о совместном пребывании с Халтуриным в Румынии.

Непрерывные розыски затрудняли для Халтурина возможность после взрыва в Зимнем дворце по-прежнему развернуть деятельность в рабочей среде. Однако совсем он не отказался от нее. Москва уже в первой половине 70-х годов стала важным центром рабочего движения. В самом городе и в районе произошли ряд стачек и волнений рабочих.

Революционные рабочие кружки особенно усилили свою деятельность с переездом сюда из Петербурга П. А. Алексеева и С. И. Агапова. На «процессе 50-ти», по которому, кроме интеллигентов, проходили и многие рабочие, в центре внимания оказалось обвинение в революционной пропаганде не только среди рабочих Москвы, но и Иваново-Вознесенска и других городов, а также активное участие в этой пропаганде передовых рабочих.

После разгрома «Всероссийской социально-революционной организации» и ареста Петра Алексеева и его товарищей, рабочее движение Москвы несколько ослабло, но не прекратилось. Москву Халтурин посетил в 1878 г., во время его поездки в Нижний Новгород и в Сормово. Неоднократно для связи с рабочими кружками в Москву приезжал В. П. Обнорский.

Руководители «Северного союза», ставя своей целью создание всероссийской рабочей организации, уделяли Москве большое внимание. С лета 1880 г. Халтурин много месяцев посвятил деятельности среди рабочих Москвы. Он завел знакомство с рабочими на Комиссаровском заводе, в мастерских Курской железной дороги и других предприятиях.

В то же время народовольческая Рабочая группа вела в Москве довольно значительную пропаганду среди рабочих. Ее руководителем был член Исполнительного комитета «Народной воли» П. А. Теллалов. Вскоре после приезда Халтурина Теллалов был отозван народовольческим центром для работы в Петербурге. Халтурин был принят в члены Исполнительного комитета «Народной воли» и стал руководить деятельностью Московской рабочей группы.