Formó parte de la Asociación Católica de la Juventud Mexicana (acjm) y de la Liga Nacional para la Defensa de la Libertad Religiosa, de la cual fue dirigente local en la Ciudad de México. Aunque era un joven dedicado al deporte e interesado en el arte, sus resentimientos contra las autoridades posrevolucionarias que, según su visión, atentaban y profanaban los templos católicos de manera sistemática, crecieron poco a poco, de forma que no dudó en unirse al levantamiento armado que surgió tras la promulgación de la Ley Calles el 14 de julio de 1926. En este proceso de adhesión al movimiento cristero, José de León Toral conoció a Concepción Acevedo de la Llata, la madre Conchita, quien al parecer lo convenció de que la única forma de acabar con los opositores al catolicismo era asesinar al presidente electo, Obregón, y al jefe de Estado, que en aquel momento era el propio Calles. 

Su plan fue ejecutado sin contratiempo pues logró distraer a Obregón mostrándole un dibujo y enseguida disparó su arma en seis ocasiones. El perpetrador fue detenido en el lugar del incidente y sometido a juicio por su crimen cinco meses después de los acontecimientos. El proceso judicial seguido a José de León Toral fue muy popular entre la ciudadanía, pues, al parecer, todos querían entrar para atestiguar el destino de los asesinos, por quienes desarrollaron una extraña simpatía. Al final del juicio, por el que sentenciaron a la pena de muerte a León Toral y a 20 años de prisión a la madre Conchita por considerarla la autora intelectual del atentado, la gente les arrojó flores y les hicieron distintos obsequios. Finalmente, el asesino de Obregón fue fusilado el 9 de febrero de 1929, a las 12:30 horas, en la penitenciaría de Lecumberri.