Morderstwo W dniu 24 czerwca 1894 Caserio postanowił pomścić śmierć Auguste Vaillanta. Powołując się na wyzysk ludu przez burżuazję, udał się do Lyonu, gdzie oczekiwano prezydenta Sadi Carnota, który miał udać się na inaugurację wystawy powszechnej. Kupił nóż i owinął go w gazety. Caserio czekał, aż szpaler prezydencki przejdzie przez Piazza della Repubblica, kiedy, korzystając z zamieszania, zbliżył się do samochodu, machając kartką. Wtedy pochylił się nad samochodem i wyjmując nóż z gazet zadał cios w okolice wątroby prezydenta. Czyn swój motywował przede wszystkim chęcią pomsty na Carnocie za to, iż nie skorzystał z przysługującego mu prawa łaski wobec straconych wcześniej anarchistów.
W czasie procesu nie próbował zaprzeczyć swoim działaniom, ani prosić sędziów o litość. Zaproponowano mu możliwość zmniejszenia kary w zamian za podanie imion niektórych jego wspólników, lecz odmówił. Przesłuchującym powiedział: „Caserio to piekarz, a nie informator”.
Caserio został stracony przez ścięcie na gilotynie w Lyonie dokładnie o 5 rano, 16 sierpnia 1894.