Самые тяжелые испытания ожидали советских моряков в Чукотском море. Судовая воздушная разведка показала, что оно практически везде забито тяжелыми льдами. И все дальнейшее плавание представляло собой отчаянную борьбу «Челюскина» с непосильным для него врагом. В судовой журнал почти ежедневно стали заносить новые записи о повреждениях корпуса, лопнувших шпангоутах, сломанных лопастях, срезанных заклепках. А к 22 сентября судно было окончательно зажато в тяжелых льдах и медленно дрейфовало по направлению к острову Колючина. Меж тем совсем недалеко от «Челюскина» лед непрерывно и с большой скоростью несло в направлении к Беринговому проливу. В течение 6 суток, чтобы вырваться из неподвижных ледовых полей, вся команда и все полярники день и ночь рвали лед вокруг корпуса аммоналом, однако все их труды были безуспешны.
4 октября около «Челюскина» льды внезапно пришли в движение, и на следующий день впереди образовалась большая полынья. И вскоре судно получило долгожданную свободу, да столь быстро, что со льда не успели собрать находившиеся там инструмент и оборудование. До мыса Сердце–Камень пароход прошел без особых затруднений, однако здесь судно вновь окружили ледовые поля. До Берингова пролива оставалось уже недалеко, но льды снова были непроходимыми.
К 5 ноября дрейфующее советское судно достигло островов Диомида, до чистой воды Берингова пролива осталось не более полумили. На его борту уже праздновали победу, однако утро новых суток принесло страшное открытие: берингоморское течение быстро несло «Челюскина» обратно в Чукотское море, и через два дня экспедиционное судно находилось уже в 70 милях к северу от Берингова пролива.
2 января 1934 года «Челюскин» находился в координатах 69 градусов 14 минут северной широты и 174 градуса 32 минуты западной долготы. Они стали самой северной точкой за время дрейфа в Чукотском море. Сжатие льдов к этому времени заметно усилилось: «Были слышны удары, как пушечные выстрелы, — запишет в своем дневнике капитан В. Воронин, — и сильный скрип льда вдали от судна. Шум производил неприятное впечатление. Я чувствовал в нем опасность, и поэтому эти концерты возбуждали мои нервы».
Поздним вечером 12 февраля начались сильные толчки льда по корпусу, сопровождавшиеся глухими звуками. Под форштевнем и ахтерштевнем образовались трещины. А на следующий день началось сильнейшее сжатие — последнее, которое испытал «Челюскин». Днем, возвращаясь после осмотра внешнего состояния судна, капитан Воронин увидел двигавшийся прямо на него огромный торосистый вал. Вот как об этих часах рассказали моряки парохода «Челюскин»: «В 12 часов раздался первый удар. Он был настолько силен, что весь корабль вздрогнул… Грозно грянул второй удар, корабль вздрогнул, заскрежетал. Гул пошел по всему судну. Таких ударов мы не слыхали…»
А далее — катастрофа: «Льды перекатывались друг через друга, как гребешки морских волн. Высота вала достигла 8 метров над морем. Был отдан приказ о всеобщем аврале и немедленной выгрузке аварийного запаса. С привычной организованностью и дисциплиной люди стали на места. Не успела еще работа начаться, как трещина слева от судна расширилась, и вдоль нее, нажимая на бок парохода, задвигалась одна половина ледяного поля, подгоняемая сзади упомянутым выше валом. Крепкий металл корпуса сдал не сразу. Видно было, как льдина вдавливается в борт, а над нею листы обшивки пучатся, выбиваясь наружу». И снова воспоминания одного из челюскинцев; «Проходя по коридору, в разверстые пасти дверей увидел в каютах зияющие проломы стены и лед, напиравший внутрь. Что это — конец корабля? Холод побежал по телу. Лед сдвинул, сломал деревянные диваны…»
Ледовый вал продолжал медленное, но неотразимое наступление. Вспученные железные листы обшивки корпуса разорвались по шву. С треском летели заклепки. В одно мгновение левый борт парохода был оторван от носового трюма до кормового конца палубы… Вода хлынула в машинное и котельное отделения… Продрав борт, напор льда сдвинул котел с места. Сорвал трубопровод, идущий к спасательной насосной системе, перекосил и зажал клапаны. К счастью, не произошло взрыва, так как пар сам быстро вышел через многочисленные разрывы.
Пароход был обречен. Его жизнь измерялась часами».
Большая часть моряков и зимовщиков перебрались на лед. Они оттаскивали выгруженные запасы подальше от судна, которое могло бы их увлечь с собой на дно. На пароходе оставалось 15 человек, в том числе руководители, продолжавшие сбрасывать грузы.
В 15 часов 50 минут 18 февраля 1934 года «Челюскин», освободившись из окружающего льда, стремительным рывком вперед пошел в свое последнее самостоятельное плавание. Правда, уже форштевнем вниз. На гибнущем судне оставались капитан В. Воронин и завхоз Б. Могилевич. Люди, стоявшие на льду, кричали завхозу, стоящему на планшире: «Могилевич, прыгай на лед!» Но завхоз, прыгнул не на лед, а обратно на палубу. Тут его и настигли сдвинувшиеся бочки с бензином.