31 августа 1986 года пароход «Адмирал Нахимов», в соответствии со своим круизным расписанием, прибыв из Ялты, пришвартовался в 14:00, у пассажирского причала № 34, Новороссийского порта. Согласно расписанию, судну предстояло стоять в Новороссийске до вечера. В 22:00, приняв пассажиров на борт, пароход отдал причальные концы и медленно отошёл от стенки пирса, сопровождаемый двумя буксирами. Всего на его борту в этот момент находилось 1243 (по официальной версии) человека: 346 членов экипажа и 897 (по учёту выданных путёвок) пассажиров. Во время разворота судна в акватории порта капитан парохода Марков запросил по УКВ у поста регулирования движения судов (ПРДС) информацию об обстановке на створах и на рейде. Пост ответил, что на пути судна и на рейде движения в настоящее время нет.
Единственное судно, которое подходит со стороны Босфора — это сухогруз «Пётр Васёв», следующий в порт под выгрузку канадского ячменя. «Пётр Васёв» предупреждён о выходе пассажирского парохода и обещал уступить дорогу «Адмиралу Нахимову» на выходе из бухты. Тем временем пассажиры «Адмирала Нахимова» начинали уходить на вечеринку в честь Дня шахтёра, кто-то лёг спать или укладывал детей. По расписанию в кинозале должен начаться фильм «Я любил вас больше жизни»
В это же время к порту Новороссийск на скорости 12,5 узлов приближался сухогруз «Пётр Васёв». В 21 час 30 минут (по судовому времени) на мостик сухогруза поднялся капитан Виктор Ткаченко и принял управление судном на себя. На мостике в это время также находился 3-й помощник капитана Пётр Зубюк, который вёл визуальное наблюдение за обстановкой. Виктор Ткаченко по УКВ передал станции Новороссийск-17 (ПРДС) и Новороссийск-5 (портнадзор) информацию о подходе и подтвердил, что уступит дорогу выходящему из бухты пассажирскому пароходу. Позже Ткаченко по радио подтвердил ту же информацию вахтенному второму помощнику капитана парохода «Адмирал Нахимов» А.Чудновскому. Судоводители обоих судов вели между собой переговоры на 9 канале УКВ и договорились разойтись на выходе правыми бортами. Капитан сухогруза Виктор Ткаченко включил монитор системы автоматизированной радиолокационной прокладки курса (САРП) для ввода информации и анализа обстановки сближения двух судов.
В 23 часа капитан парохода «Адмирал Нахимов» Марков, задав обороты и курс судна 160°, покинул мостик (и, по его словам, направился в свою каюту; по другой версии он ушёл в каюту к генералу Крикунову), оставив старшим на мостике вахтенного второго помощника А. Чудновского. Кроме него, на мостике парохода находились матросы Е. Смирнов, Ю. Вышаренко, Р. Фахретдинов. Александр Чудновский постоянно вёл визуальное наблюдение за приближающимся по правому борту сухогрузом. Минут через пять, обнаружив опасное сближение судов, Чудновский вышел на радиосвязь с «Петром Васёвым» и ещё раз уточнил порядок расхождения, на что получил подтверждение, что «Пётр Васёв» пропускает пароход «Адмирал Нахимов».
Капитан Ткаченко продолжал работать с САРП. Третий помощник капитана теплохода «Пётр Васёв» П. Зубюк, наблюдая огни парохода «Адмирал Нахимов» визуально, неоднократно указывал капитану, что машина переведена в манёвренный режим, а пеленг на «Адмирала Нахимова» практически не меняется, что говорит о возникшей угрозе столкновения. Свои доклады Зубюк одновременно записывал в бортовой журнал. И уже после столкновения капитан Ткаченко стёр эти записи в бортжурнале, вписал новые и нажал на Зубюка, чтобы тот согласился с изменёнными данными, но тот отказался. Ткаченко, передоверившись показаниям САРП, который на мониторе показывал благополучное расхождение, на замечания своего помощника не обращал внимания. Лишь под действием настойчивых просьб с «Адмирала Нахимова» он поднял глаза и увидел, что его судно на полном ходу идёт прямо на пассажирский пароход. Через некоторое время Ткаченко стал отдавать команды в машинное отделение — сначала «средний вперёд», «малый вперёд», «стоп» и сразу «полный назад». Несмотря на то, что гребной винт уже работал на задний ход, сухогруз по инерции продолжал движение вперёд, следуя на опасное сближение с «Адмиралом Нахимовым».
На мостике «Адмирала Нахимова» в это же время Чудновский, наблюдая за приближением балкера, приказал изменить курс на малые углы, таким образом пытаясь уклониться от надвигающегося на него сухогруза. Чудновский отдал команду «Лево на борт!». Рулевой только успел переложить руль лево на борт, как в 23:12 произошло столкновение.
Услышав три гудка и предположив, что подавать их может только «Пётр Васёв», капитан Марков посмотрел в иллюминатор, но ожидаемого судна справа не увидел. Капитан решил вернуться на мостик и выяснить обстановку. Удар сухогруза застал его по пути наверх. Оказавшись на мостике, капитан Марков отдал команду «Лево на борт!», с целью выбросить судно на мелководье, однако рулевой матрос доложил, что судно руля не слушается. В этот момент у парохода затопило электрогенератор, и по всему кораблю погас свет. Капитан Марков, не имея возможности передать общесудовой сигнал тревоги и сигнал «SOS» по радио, приказал голосом объявлять по судну «шлюпочную тревогу».
«Пётр Васёв», успев снизить скорость лишь до 5 узлов, вошёл под углом 110° в середину правого борта парохода. В подводной части балкер вошёл своей выступающей частью — бульбом, в корпус «Адмирала Нахимова» на несколько метров в районе переборки между машинным и котельным отделением. «Адмирал Нахимов» продолжал по инерции двигаться вперёд, разворачивая сухогруз и тем самым увеличивая размер пробоины в правом борту, которая, по оценке экспертов, после расцепления судов составила около 80 м². Машинное отделение было полностью заполнено через полминуты после столкновения. Пароход стал крениться на правый борт. Основное освещение через некоторое время погасло и людей охватила паника. Через короткий промежуток времени запустился аварийный дизель-генератор (АДГ) на шлюпочной палубе — заработало аварийное освещение, которое работало всего 2 минуты. «Адмирал Нахимов» тонул толчками, погружаясь кормой. Крен на правый борт уже был около 45°, люди держались за леера и всё, за что можно было ухватиться. Многие перелезали на левый борт и по нему сползали в воду.
Многие люди оказались заблокированными в своих каютах. С тонущего парохода матросам, под командованием боцмана Вильяма Лабоды, удалось сбросить большинство надувных спасательных плотов, которые стали единственными средствами спасения для утопающих. Через 8 минут после столкновения в 23:20, имея крен на правый борт около 60°, «Адмирал Нахимов» затонул. На месте крушения на поверхности воды оказалось около 1000 человек, перепачканных краской и мазутом. 2-й помощник капитана «Адмирала Нахимова» Александр Чудновский, который управлял судном в момент столкновения, сразу после удара спустился в свою каюту, заперся и утонул вместе с кораблём. Его тело было впоследствии поднято водолазами[источник не указан 2191 день].
В это время из порта навстречу «Петру Васёву» шёл лоцманский катер ЛК-90 с лоцманом М. Карповым для проводки сухогруза к причалу. Увидев накренившийся на правый борт пароход капитан катера О. Лях немедленно прокричал в эфир: «„Нахимов“ лёг на борт!». В 23 часа 35 минут ЛК-90 подошёл к месту катастрофы и приступил к спасению людей, одновременно передав по радио, что понадобятся буксиры и спасательные катера. О столкновении судов было немедленно доложено капитану порта Новороссийск Г. Л. Попову, который тут же, по телефону отдал распоряжение всем плавсредствам следовать в район аварии для спасения людей. Первыми на место катастрофы снялись буксиры портофлота, рейдовые катера, малые пассажирские катера типа «Радуга», пассажирские суда на подводных крыльях «Комета». Одновременно команда сниматься и следовать в район катастрофы поступила на пограничные катера. ЛК-90 уже работал на месте крушения, приняв на борт со значительным перегрузом около 118 человек. Часть пассажиров позже были пересажены на другие суда, подоспевшие к тому времени в район аварии. Рейдовый катер РК-34, приняв на борт пострадавших людей (в том числе и капитана парохода Маркова), стал выходить из опасной зоны, но намотал на винт полипропиленовый конец, размотавшийся с затонувшего «Адмирала Нахимова» и всплывший к поверхности.
Пограничный катер типа «Гриф» под командованием мичмана А. Гусева на полном ходу подошёл к месту катастрофы и приступил к подъёму пострадавших на борт. Всего в спасательной операции приняло участие 64 единицы плавсредств. Команда спасать людей была также отдана и команде сухогруза «Пётр Васёв». Капитан Ткаченко приказал следовать малым ходом в район аварии. Ветер к тому времени разогнал волну до высоты в 2 м. Пострадавших людей ветром и течением стало относить прямо на сухогруз и через некоторое время по обоим бортам плавало несколько десятков человек. Ткаченко приказал спустить на воду вёсельную шлюпку и мотобот, а также опустить парадный трап для приёма пострадавших на борт. Однако парадный трап заклинило и его спустить не удалось. В полночь 31 августа капитан Ткаченко доложил капитану порта, что «Адмирал Нахимов» затонул. Всего за эту ночь экипажем сухогруза было поднято 37 человек и 1 труп.
Сигнал тревоги прозвучал также и в Новороссийском высшем инженерно-морском училище (НВИМУ). Курсанты, узнав о трагедии, немедленно вышли в море на ялах, едва выгребая против ветра. Но к моменту их прихода на место крушения спасать уже было некого.
Из Москвы была направлена правительственная комиссия во главе с первым зампредом Совета министров СССР Гейдаром Алиевым. Украинскую группу возглавлял секретарь ЦК Компартии Украины Яков Погребняк. Для расследования причин катастрофы из Москвы прибыла группа из 50 человек. В том числе несколько следователей прокуратуры и заместителей председателя КГБ, министра внутренних дел, министры морского флота, транспорта и торговли, ответственные работники ЦК и других ведомств.
С 1 сентября 1986 года на месте катастрофы работали водолазы. Они проникали внутрь корпуса парохода через отверстия, вырезанные в борту. Судно легло на грунт почти полностью на правый борт. Продольные коридоры превратились в узкие лазы, поперечные — в шахты. В каютах и коридорах образовались завалы из ковровых покрытий, мебели, постельного белья и трупов. Большинство дверей кают заклинило, и водолазам пришлось извлекать из кают тела людей, предварительно взломав двери. Всего, по официальной версии, в результате катастрофы погибло 423 человека (359 пассажиров и 64 члена экипажа). Однако найти и поднять на поверхность удалось не всех. 65 погибших навсегда остались под водой.
10 сентября, работая в помещениях затонувшего судна, погиб военный водолаз Юрий Полищук.
19 сентября попал в завал и не смог самостоятельно выбраться второй водолаз Сергей Шардаков. После этого поисковые работы на затонувшем пароходе «Адмирал Нахимов» решением Правительственной комиссии были прекращены.