И въпреки всичко Брут застава начело на заговора против Цезар. Касий го привлича на своя страна. Примерът на Брут подбужда и други знатни римляни да участват в заговора срещу Цезар. В заговора са въвлечени около 60 сенатори. Целта е с убийството на Цезар да възстановят републиканския строй. Решено е да го нападнат на 15 март44 пр.н.е. по време на последното заседание на сената преди Цезар да замине на Изток. По време на заседанието един от заговорниците приближава Цезар уж да го моли за амнистия на заточения си брат. Към него се присъединяват и останалите заговорници. След като един от тях дръпва Цезар за тогата, което е знак за нападението, останалите изваждат кинжали и започват да нанасят удари. В пиесата на Шекспир „Юлий Цезар“ последните думи на диктатора са „Et tu, Brute?“ („И ти ли, Бруте?“). Според Светоний Цезар казал на гръцки „και συ, τεkνον?“ („kai su, tecnon“, „дори ти, дете мое?“) (De Vita Caesarum, Liber I Divus Iulius, LXXXII).
След като Цезар е убит, на Брут и останалите заговорници не се удава да увлекат подире си и народа. След погребението на Цезар тълпата се втурва с факли към домовете на Брут и Касий. Същата година Марк Антоний убеждава римляните да прогонят убийците на Цезар. На следващата година самият Марк Антоний тръгва с легионите си да прогони от Модена Децим Брут и го убива. В битката при Филипи Брут, въпреки че първоначално побеждава Октавиан, в крайна сметка е победен и се самоубива.
Брут е женен за Порция Катона, дъщерята на Катон Млади, която е и негова първа братовчедка. С нея имат един син, който умира през 43 пр.н.е.