Утром того дня девятнадцать террористов, предположительно имеющих отношение к «Аль-Каиде», разделившись на четыре группы, захватили четыре рейсовых пассажирских авиалайнера. Каждая группа имела как минимум одного члена, прошедшего начальную лётную подготовку. Захватчики направили два из этих лайнеров в башни Всемирного торгового центра, рейс 11 American Airlines в башню WTC 1, а рейс 175 United Airlines в башню WTC 2, в результате чего обе башни обрушились, вызвав серьёзные разрушения прилегающих строений.Третий самолёт (рейс 77 American Airlines) был направлен в здание Пентагона. Пассажиры и команда четвёртого авиалайнера (рейс 93 United Airlines) попытались перехватить управление самолётом у террористов, самолёт упал в поле около города Шенксвилл в штате Пенсильвания.

Помимо 19 террористов, в результате атак погибли 2974 человека, ещё 24 пропали без вести. Большинство погибших были гражданскими лицами.
Официальная версия случившегося подверглась критике со стороны ряда журналистов, учёных и свидетелей трагедии. Проводились независимые расследования, по некоторым из которых были сняты документальные фильмы.

Жертвами терактов стали 2974 человека (не включая террористов): 246 пассажиров и членов экипажей самолётов, 2603 человека — в Нью-Йорке, в зданиях ВТЦ и на земле, 125 — в здании Пентагона. 

События развивались приблизительно следующим образом. Четыре коммерческих авиалайнера, следующих в Калифорнию из аэропортов Логан, Даллас и Ньюарк, были захвачены террористами во время выполнения полёта, приблизительно одновременно, через некоторое время после вылета. Поскольку длина маршрутов лайнеров составляла около 4200 км, они имели на борту примерно по 30-35 тыс. литров авиационного керосина каждый.
Рейс 11 American Airlines, самолёт Боинг 767-200, врезался в северную сторону северной башни ВТЦ (WTC 1) в 8:46:30 (здесь и далее время местное), приблизительно на уровне 94-98 этажа.
Рейс 175 United Airlines, самолёт Боинг 767—200, врезался в южную сторону южной башни ВТЦ (WTC 2) в 9:02:59, приблизительно на уровне 78-85 этажа. Это событие было заснято телевизионными съёмочными группами, снимавшими последствия первого удара.
Рейс 77 American Airlines, самолёт Боинг 757-200, врезался в здание Пентагона в 9:37:46.
Рейс 93 United Airlines, самолёт Боинг 757—200, упал на поле в юго-западной части Пенсильвании, около города Шенксвилл в 10:03:11. Место падения находится приблизительно в 240 км к северу от Вашингтона. Предположительно, падение произошло в результате борьбы, которая стала следствием попытки пассажиров и членов экипажа вернуть контроль над самолётом.

В результате попадания самолётов в день атаки разрушилось три здания ВТЦ. Южная башня (WTC 2) обрушилась приблизительно в 10:05 после пожара, длившегося 56 минут.

Северная башня (WTC 1) обрушилась в 10:27 после пожара, который продолжался 102 минуты. Третье здание, башня WTC 7 разрушилась в 18:16 в результате пожара и повреждений, полученных при обрушении основных башен ВТЦ.

После захвата самолётов некоторые пассажиры смогли воспользоваться спутниковым телефоном самолёта, а также своими мобильными телефонами, и сообщить о захвате. По их сообщениям террористы использовали холодное оружие (возможно, офисные ножи и складные бытовые ножи), в результате чего погибли несколько бортпроводников, как минимум один пассажир, и как минимум один пилот, КВС рейса 11 Джон Огоновски. Кроме того, террористы использовали газовые баллоны (слезоточивый газ или перцовую вытяжку) на рейсах 11 и 175. В трёх случаях террористы угрожали взрывом самолёта, но расследование показало, что вероятнее всего террористы не имели при себе взрывных устройств.

Пожарный департамент Нью-Йорка направил 200 человек (половину личного состава) на место катастрофы, их усилия были дополнены присутствием большого количества пожарных, не находившихся в это время на дежурстве, и прибывших на место добровольно.
Также на место событий были направлены подразделения службы спасения, а также множество машин скорой медицинской помощи.Вертолёты пожарного департамента прибыли на место в числе первых, докладывая о состоянии горящих зданий.Однако, руководство Пожарного департамента испытывало трудности в установлении оперативного взаимодействия с Полицейским департаментом, а также со службой 9-1-1. Руководство пожарных также имело проблемы с передачей приказа об эвакуации из зданий тем пожарным, которые находились в башнях, поскольку радио-ретрансляторы ВТЦ вышли из строя.
Через несколько часов после терактов, началась масштабная организация по поиску и спасению выживших. В обломках было найдено только небольшое количество раненых, и через неделю стало понятно, что больше выживших найти не удастся. Спасение выживших и работы по разбору завалов заняли очень много времени, несколько недель потребовалось только на то, чтобы потушить пожары. Горение и тление в завалах продолжались 99 дней, прежде чем огонь был полностью потушен. Очистка территории завершилась только к марту 2002 года. Были сооружены временные деревянные платформы, с которых туристы могли наблюдать, как специальные команды занимаются разбором обломков на том месте, где стояли башни ВТЦ. 30 мая 2002 года эти платформы убрали.

Отчёт комиссии 9/11.

«Национальная комиссия по террористическим атакам против Соединённых Штатов» (Комиссия 9/11), возглавляемая бывшим губернатором Нью-Джерси Томасом Кином, была сформирована в конце 2002 года для подготовки полного и подробного отчёта о всех событиях, относящихся к террористическим атакам 11 сентября, в том числе о подготовке терактов, а также о предпринятых ответных мерах. 22 июля 2004 года Комиссия 9/11 выпустила «Отчёт комиссии 9/11». И сама комиссия, и её отчёт стали объектами довольно обширной критики.