Примерно через четверть часа после передвинутой на час побудки, когда большинство экипажа собралось в корме корабля (что и спасло многих) на церковной палубе для молитвы, матросы, находившиеся возле первой (носовой) башни главного калибра, услышали внутри не какое-то шипение. А потом увидели клубы дыма с языками огня, вырывавшимися из амбразур башни, горловин люков и вентиляционных головок, расположенных около нее. О чем немедленно доложили по команде. На линкоре была объявлена пожарная тревога, и моряки, разнеся пожарные рукава к башне, стали заливать водой ее подбашенное отделение. В это время корпус корабля задрожал, и в его передней части раздался страшный взрыв. От сильнейшей встряски многие моряки, даже находившиеся в кормовой части линкора, не удержались на ногах. А те, что выбежали на верхнюю палубу, увидели в носовой части линкора столб пламени, а потом черный дым, взметнувшийся выше грот-мачты… Когда дым, рассекаемый фейерверком разлетавшихся горевших пороховых лент, несколько рассеяло ветром, стала видна жуткая картина разрушений: взрывом вырвало участок верхней палубы позади первой башни главного калибра вместе с фок-мачтой, надстройками и носовой трубой, на месте которых образовался огромный провал. По краям него торчали листы покореженного металла, а из глубокой впадины выбивалось пламя и валил густой черный дым. Вокруг на палубе лежало множество изуродованных взрывом и опаленных огнем тел и останков моряков. Стонали и взывали о помощи раненые, обожженные и те, что оказались за бортом. Во всех внутренних помещениях корабля погасло электроосвещение, остановились работавшие механизмы, перестали подавать воду пожарные насосы. Выскочившие из своих кают, находившихся в основном в корме, полураздетые офицеры линкора (среди которых были командир и старпом – капитан 2 ранга Городыский, приказавшие открыть кингстоны и затопить артиллерийские погреба остальных башен главного калибра) пытались организовать тушение многочисленных очагов пожара с помощью подручных средств – сбивая огонь чехлами из брезента, парусиной, шинелями и бушлатами моряков. А потом и противопожарными средствами малочисленных подошедших портовых буксиров и катеров. Но это мало помогало. Ведь горящие ленты зарядного пороха разносились по кораблю продолжавшимися взрывами и ветром повсюду, вызывая все новые и новые очаги пожаров… Падая в воду, они еще и поджигали вытекшую из разрушенных отсеков линкора нефть. Чтобы хоть как-то сбить пламя, бушевавшее в разных местах корабля, его развернули подошедшим буксиром лагом (бортом) к ветру. К 7 часам пожары стали немного стихать и появилась надежда, что поврежденный корабль уцелеет – он имел лишь небольшой крен на правый борт и дифферент на нос. Но тут раздался еще один, более сильный, чем предшествовавшие, взрыв, и носовая часть линкора стала быстро оседать в воду, одновременно сильно кренясь на правый борт. Находившиеся на его верхней палубе и на бортах моряки экипажа стали прыгать в воду и плыть к окружившим линкор плавсредствам, а некоторые – к ближайшему берегу бухты и к Госпитальной пристани… Когда носовые, а потом и бортовые портики плутонгов 130-мм орудий ушли под воду, то она хлынула через них внутрь корабля. И тогда, приняв много забортной воды и потеряв остойчивость, он лег на правый борт. Пробыв в таком положении несколько мгновений, линкор перевернулся днищем вверх, обнажив гребные винты, и вскоре затонул.
По официальным сообщениям, вместе с кораблем погибли инженер-механик Игнатьев, два кондуктора (старшины) и 149 человек нижних чинов (многих офицеров и сверхсрочников спасло то, что они находились в береговом увольнении до утреннего подъема флага). Позже скончались в госпиталях от ранений и ожогов еще 64 моряка. Десятки людей стали калеками, получив ранения и ожоги…
На следующий день после катастрофы поездом из Петрограда в Севастополь выехали две назначенные высочайшим повелением царя специальные комиссии – «Верховная следственная» и «Техническая следственная», объединенные под председательством адмирала Н. М. Яковлева (члена Адмиралтейского совета, бывшего командира тихоокеанского эскадренного броненосца «Петропавловск», подорвавшегося на японских минах в 1904 году). Одним из членов технической комиссии был назначен генерал по поручениям при морском министре А. Н. Крылов, академик, выдающийся корабельный инженер, проектировавший и участвовавший в строительстве «Императрицы Марии».