O impacto do iceberg havia entortado as placas de aço do casco e causado seis pequenas aberturas, com todas juntas equivalendo a uma área de pouco mais de um metro quadrado de todo o navio. A maior abertura tinha por volta de doze metros de comprimento e aparentemente seguiu a linhas das placas de aço. As placas na parte central do navio eram mantidas unidas por três fileiras de rebites feitos de aço de carbono, porém as placas da proa e popa ficavam presas por duas linhas de rebites feitos com ferro forjado, que segundo especialistas estavam no limite da tensão antes mesmo da colisão.
Esse segundo tipo de rebite era mais propenso a sair do lugar em situações de grande tensão, ainda mais sob um frio extremo como na noite em que o Titanic afundou. Acima da linha d'água, havia pouquíssimos sinais da colisão. Os comissários no salão de jantar da primeira classe haviam sentido um tremor, que eles pensaram ter sido causado pela quebra de uma das lâminas das hélices. Muitos passageiros da primeira e segunda classe sentiram uma batida ou tremor, porém não sabiam do que se tratava. Aqueles nos conveses inferiores, principalmente tripulantes e passageiros da terceira classe perto do local da colisão, sentiram o impacto da batida bem mais diretamente.
O ângulo do Titanic começou a aumentar rapidamente por volta das 2h15min já que a água estava entrando em partes anteriormente intactas através de escotilhas abertas. O aumento súbito do ângulo criou uma onda que varreu a parte dianteira do convés dos botes, jogando várias pessoas na água. Aqueles que estavam tentando lançar os botes desmontáveis A e B também foram levados pela onda junto com os barcos.
A popa do navio se ergueu no ar enquanto a proa ficou totalmente submersa, com sobreviventes afirmando terem ouvido um enorme estrondo vindo de dentro da embarcação. Após mais um minuto as luzes do Titanic piscaram e se apagaram completamente, deixando todos na escuridão. O navio estava sendo sujeito a forças opostas extremas – a proa inundada puxando-o para baixo enquanto o ar dentro da popa o mantinha na superfície – que se concentraram em uma das áreas mais fracas da superestrutura, a área perto da junta de expansão traseira.
O navio se partiu em dois perto da terceira chaminé pouco depois das luzes terem se apagado. A proa permaneceu ligada com a popa pela quilha durante um curto período, puxando a segunda parte até um ângulo bem alto antes de se soltar, deixando a popa flutuando. Ela balançou enquanto vários compartimentos eram inundados até chegar a uma posição quase vertical, onde permaneceu por alguns momentos. O Titanic finalmente afundou por completo aproximadamente às 2h20min, duas horas e quarenta minutos depois da colisão.
Imediatamente, centenas de passageiros e tripulantes foram deixados no mar congelante, cercados por destroços que se tinham desprendido do navio e passaram a ser usados como boias. Algumas das pessoas morreram quase instantaneamente de um infarto agudo do miocárdio causado pelo repentino estresse no sistema cardiovascular. Outros progrediram pelos sintomas clássicos de hipotermia: primeiro tremores extremos pelo corpo, seguido pela diminuição e enfraquecimento dos batimentos cardíacos até à perda de consciência e por fim a morte.
Aqueles nos botes ficaram horrorizados pelo som das pessoas gritando e pedindo ajuda; o terceiro oficial Pitman no bote n.º 5 mais tarde afirmaria que os gritos o traumatizaram pelo restante da vida. Muitos ocupantes debateram se deveriam voltar e resgatar os náufragos. Alguns botes que estavam perto do navio na hora do naufrágio conseguiram pegar algumas pessoas, como o n.º 4 e o desmontável D. Em todos os outros, os sobreviventes decidiram contra o retorno, provavelmente pelo medo de que os náufragos emborcassem os barcos.
O único a voltar foi o n.º 14 do quinto oficial Lowe, que transferiu os ocupantes de seu bote para outros dois e partiu em busca de sobreviventes, eventualmente resgatando cinco pessoas que tinham conseguido permanecer fora da água congelante. Depois disso havia muito pouco o que os sobreviventes pudessem fazer além de esperar pelo resgate. O ar estava frio e muitos barcos tinham feito água. Os ocupantes não encontraram comida ou bebidas nos botes, com a maioria não tendo nenhuma fonte de luz. A situação era particularmente ruim no desmontável B, que havia emborcado e estava flutuando com mais de trinta pessoas em cima, dentre eles Lightoller e Bride.
