9 и 10 сентября пароход получил вмятины по правому и левому борту. Лопнул один из шпангоутов. Усилилась течь. Пройдя проливом Вилькицкого, «Челюскин» вышел в море Лаптевых. Начинались морозы, ледовая обстановка с каждым днём становилась всё более и более трудной. На всей трассе Севморпути останавливались вмёрзшие в лёд пароходы. У Русских островов застрял «Сибиряков». Ледокол «Красин» сообщал, что сломался один из его трёх валов. Ледорез «Литке» находился в полуаварийном состоянии. Рассчитывать на их помощь не приходилось, а ледовая обстановка складывалась явно не в пользу неповоротливого «Челюскина»…

В Восточно-Сибирском море пароход прочно увяз во льдах. Их смертельные объятия то сжимались, то ненадолго разжимались. Ледяные глыбы сдавливали корпус судна так сильно, что заклёпки, по свидетельству очевидцев, вылетали со звуком, напоминавшим пулемётную стрельбу. В судовой журнал почти ежедневно вносятся записи о лопнувших шпангоутах, сломанных заклёпках, потерянной лопасти винта… О заходе на остров Врангеля нечего было и думать. В первые две декады октября «Челюскин» рыскал в разных направлениях, то дрейфуя вместе со льдами, то пытаясь идти самостоятельно.

Неподалёку от мыса Ванкарем к зажатому льдами «Челюскину» пришли на собачьих упряжках чукчи. Шмидт договорился с ними о доставке на берег восьми человек — больных, слабых или просто ставших ненужными в условиях дрейфа.

Льды, сковавшие судно, медленно несли его на восток — к желанному Берингову проливу. В начале ноября пароход достиг острова Диомида. «Благоприятный по направлению дрейф делал своё дело, и 4 ноября при чудной солнечной погоде мы вошли в Берингов пролив, — вспоминает Э. Т. Кренкель. — Прямо по курсу был Тихий океан. Мы находились в самом горле, в самом узком месте Берингова пролива. С капитанского мостика невооружённым глазом мы видели на юге край поля. От кромки и дальше до горизонта была чистая вода».

До чистой воды оставалось всего 700–800 метров. Все были уверены, что «Челюскин» вот-вот вырвется из ледового плена. Но Арктика коварна. Направление дрейфа переменилось, и судно понесло назад в Чукотское море…

Рядом, в бухте Провидения, стоял готовый прийти на помощь ледорез «Фёдор Литке». Его капитан Николай Николаев и замначальника Северо-Восточной арктической экспедиции Александр Бочек позже рассказывали, что они дважды предлагали помощь «Челюскину» и дважды получали отказ: Шмидт не желал ни с кем делить славу. На борту «Челюскина» надеялись, что шторм разломает лёд, и пароход сам выйдет на чистую воду. Но лёд оказался слишком крепким…

«У нас было много взрывчатки, несколько тонн аммонала, запалы, бикфордов шнур, — рассказывает Э. Т. Кренкель. — Мы вылезли на лёд и мобилизовали весь шанцевый инструмент, всё, что было — кирки, лопаты, кайла, пешни, топоры. Всё пошло в ход. Мы дрались за своё освобождение из ледяного плена, отчётливо понимая, что это одновременно и бесплодная попытка, и наш последний шанс… В шахматном порядке, по направлению к чистой воде, стали прорубать лунки, надеясь прорвать коридор, по которому мог бы протиснуться наш корабль. Ничего не получилось. Двухметровый лёд был твёрд, как камень. Все наши усилия досаждали льдине на уровне комариных укусов. Трескаться и открыть дорогу „Челюскину“ к чистой воде лёд не хотел. Двое суток продолжался аврал. Двое суток не прекращалась тяжелейшая работа. Двое суток никто не спал, не ел. Повара тоже заняты на льду, поэтому мы хватали на ходу полбанки консервов с куском хлеба — вот и весь обед. Руки у всех стёрты до крови, кто долбил, кто выгребал из лунок ледяной мусор, у кого были рукавицы, у кого их не было. По существу, мы так ничего и не сумели сделать. Не добрались даже до половины перемычки. „Челюскин“ как стоял впаянный в лёд, так и продолжал стоять. Через некоторое время нас, как пробку, выкинуло обратно через Берингов пролив в Чукотское море. Дрейф не замедлил заявить о себе. Нас неудержимо потащило на север, туда, куда нам вовсе не хотелось попадать».

Шмидту пришлось экстренно просить о помощи: «Мы надеемся, что „Литке“ сможет разломать льдину, в которую вмёрз „Челюскин“…» 12 ноября «Литке» вышел из бухты Провидения и отправился в Чукотское море. Ледорез уже был весь истерзан предыдущими проводками кораблей и держался на плаву лишь благодаря беспрерывной работе помп, откачивавших поступавшую воду. К тому же у него были повреждены винты и руль. 16 ноября «Литке» остановился: его экипажу уже впору было думать о своём собственном спасении. 17 ноября состояние «Литке» стало настолько критическим, что его капитан Николаев даже собирался выбросить судно на американский берег, лишь бы спасти экипаж. В итоге «Литке» всё же вернулся в бухту Провидения. «Челюскин» остался во льдах. Его начало относить на северо-запад. Шмидт объявил о зимовке.

Три месяца прошли на вмёрзшем в ледовое поле судне относительно спокойно. Команда занималась мелким ремонтом, учёные вели наблюдения. Весело встретили новый, 1934-й, год. А в ночь с 12 на 13 февраля началась подвижка льдов…

Утро не принесло успокоения. В полдень начался сильный напор торосов. Корпус «Челюскина» заскрипел, по левому борту появилась трещина. В 13 часов 30 минут сильным напором разорвало левый борт на большом протяжении от носового трюма до машинного отделения. Лопнули трубы паропровода, в трюм и машинное отделение хлынула вода…

«Нагнувшись за борт, я стал очевидцем происходившего, — пишет Э. Т. Кренкель. — Борт корабля пучился, как картонный. Потом как бы грохнули пулемёты — это сорвались с мест тысячи заклёпок.

Корабль дрожал, стонал, кряхтел, как живое существо. Борт в надводной части разорвало метров на двадцать. Нутро корабля выворачивалось наружу. Глядеть на всё это было очень страшно. Часть борта отвалилась на лёд, а вместе с ней полетели зубные и сапожные щётки, книги, разного рода утварь, подушки, одним словом, то, что оказалось в каютах, попавших под этот удар. На редкость нелепо и неестественно выглядели на арктическом льду обыденные житейские вещи. Им тут было явно не место…

Лёд пропорол левый борт. Льдина вошла вглубь судна, и „Челюскин“ висел на ней своим разорванным бортом. Корабль носом вперёд уходил под лёд… Он рывками оседал всё больше и больше…»

Раздалась команда: «Женщинам покинуть корабль, мужчинам приступить к выгрузке аварийного запаса!» На лёд полетели ящики, тюки, коробки, бочки… Выгрузка продолжалась до того момента, когда нос судна уже погрузился под воду. Последними сходили на лёд Воронин, Шмидт и завхоз экспедиции Борис Могилевич. Сорвавшиеся с мест бочки с бензином сбили Могилевича с ног, и он погиб вместе с судном, став единственной жертвой этой катастрофы.

В 15 часов 30 минут «Челюскин» затонул. Высоко поднялась корма, на миг показались руль, винт, и всё заволокло завесой из водяных брызг и пара… Когда она рассеялась, то на месте, где только что находился пароход, чернела громадная полынья. На льдине осталось 104 человека, среди них 10 женщин и 2 ребёнка. В темноте, на трескучем морозе, люди спешно ставили брезентовые палатки. Спустя несколько часов радисту Э. Кренкелю удалось связаться с Москвой и сообщить о кораблекрушении. На следующий день в лагерь Шмидта пришла радиограмма о том, что спасательная операция началась.

Два месяца — с 13 февраля по 13 апреля 1934 года — челюскинцы вели борьбу за спасение. Для женщин и детей построили деревянный барак, соорудили пекарню. Спасти людей могли только лётчики. Для этого требовалось оборудовать на льдине посадочную полосу длиной около 1 километра и шириной 40 метров. Тринадцать раз зимовщики готовили её, и столько же раз ветер уничтожал её, ломая лёд.

Спасательная операция началась уже на следующий день после гибели парохода. Из Владивостока к лагерю челюскинцев устремились суда «Смоленск», «Сталинград» и «Совет», с запада — ледокол «Красин». Однако основная нагрузка по спасению людей легла на плечи лётчиков. Стоит отметить, что полёт в условиях Крайнего Севера и сейчас является делом непростым, а в то время он был, без преувеличения, равен подвигу.