Ao começar a Guerra Civil fugiu por temor a ser executado por milícias republicanas e refugiou-se nas embaixadas do México e França, até conseguir em junho de 1937 evadir-se para a zona sublevada. Situado no comando do destróier Huesca e, posteriormente, de um submarinho, chegou a ser chefe de Operações do Estado-Maior da Marinha.
Em 1940 redigiu um informe recomendando a neutralidade espanhola na II Guerra Mundial. Desde então tornou-se homem de confiança de Franco, foi nomeado Subsecretário (1941) e Ministro da Presidência (1951), logo Vice-presidente (1967), o que implicou um acréscimo crescente do seu peso específico no governo do Estado. No seu trabalho procurou limitar a influência dos falangistas, promoveu a modernização econômica e administrativa do Estado, embora sempre dentro do franquismo, e apoiou o planejamento da sucessão monárquica do regime, na figura de Juan Carlos I.[2]
Em junho de 1973 foi nomeado Presidente do governo, o que fazia pensar que se tornaria no homem forte do Estado à morte do ditador e no pilar sobre o qual se sustentaria o franquismo sem Franco, mas o seu falecimento a 20 de dezembro de 1973 num atentado perpetrado por ETA em Madrid abortou essas expetativas.
"Operação Ogro" foi o nome em chave com o que ETA denominou a este magnicídio. Os membros de ETA deslocaram-se até Madrid e alugaram um porão no número 104 da Rua Claudio Coello; a partir dali escavaram um túnel até o centro da quadra, onde colocaram cerca de 100 quilogramas de Goma-2 que fizeram explodir, em 20 de dezembro de 1973, o carro de Carrero Blanco, quinze minutos antes do começo do julgamento contra dez membros do então sindicato clandestino Comissões Operárias, conhecido como "Processo 1001".
A explosão, que acabou com a vida de Carrero Blanco,[3] foi tão violenta que o carro voou pelos ares e caiu na açotéia de um edifício anexo à igreja onde assistira à missa momentos antes. Também faleceram outras duas pessoas, o inspetor de Polícia José Antonio Bueno Fernández, e o condutor do veículo, José Luis Pérez Mogena.
Carrero Blanco, que sido advertido da possibilidade de sofrer um atentado[4] recusara aumentar as suas escassas medidas de segurança; o seu horário e os seus itinerários eram invariáveis e o carro no que se deslocava não estava blindado.
O objetivo do atentado, segundo indicava o comunicado no que ETA assumia a sua autoria, era intensificar as divisões então existentes no seio do regime franquista entre os "aberturistas" e os "puristas". Segundo declarações posteriores de Txikia, um dos membros do comando, Carrero Blanco era "uma peça fundamental" e "insubstituível" do regime e representava o "franquismo puro":
A complexidade do atentado fez suspeitar que talvez outras organizações estiveram implicadas, estando a CIA entre as mais mencionadas, o que foi desmentido pelos próprios autores do atentado.[5]
A única pessoa que supostamente viu o conhecido como "homem da gabardina branca" que entregou os horários e rotas de Carrero Blanco no "Hotel Mindanao" de Madrid, foi assassinado em 1978 por uma organização paramilitar, o Batalhão Basco-Espanhol.[6] Assim mesmo, um dos supostos autores materiais do atentado foi assassinado pouco depois.
O magnicídio teve grande repercussão na Espanha da época, sendo muito diversos os sentimentos que provocou e as suas consequências políticas posteriores.[7][8]