Пройдя с помощью ледокола сплошные льды, "Челюскин" пошел самостоятельно и 1 сентября достиг мыса Челюскин. Но в Чукотском море вновь появились тяжелые льды, и 23 сентября пароход застрял в них примерно в том районе, где годом раньше "Сибиряков" потерял лопасти гребного винта.
1 октября с недалекого берега на судно пришли чукчи. С ними на нартах эвакуировали 8 больных, и на "Челюскине" осталось 104 человека. Вскоре изменившийся ветер вынес ледяные поля на чистую воду, судно освободилось, и капитан Воронин взял курс на Берингов пролив. Однако в конце октября пароход вновь попал в ледовый плен, и его отнесло от мыса Дежнева на запад, к траверзу мыса Сердце-Камень. Потом направление дрейфа изменилось, и "Челюскин" оказался в Беринговом проливе. Северный морской путь был пройден! К сожалению, когда до чистой воды оставалось всего 10 миль, ледяные поля вместе с вмерзшим в них пароходом двинулись на северо-запад, и через два дня "Челюскин" вновь оказался в Чукотском море, в 70 милях от пролива. У моряков и ученых возникло опасение, что дрейф увлечет судно еще дальше на северо-запад и оно будет неминуемо раздавлено. Поэтому на помощь призвали ледорез "Ф. Литке", но тот уже имел серьезные повреждения.
На случай опасного сжатия льдов на лед рядом с судном выгрузили аварийный запас продовольствия, топлива и палатки. Это было как нельзя вовремя: 12 февраля 1934 года началось сильное сжатие. А в 13 часов 30 минут следующего дня "Челюскин" содрогнулся от сильного удара. В левом борту образовалась огромная пробоина, в которую устремилась вода и битый лед. Два часа длилась агония судна, и за это время моряки и участники экспедиции выгрузили на лед шлюпки, стройматериалы, рацию, спальные мешки, даже маленький гидросамолет Ш-2. В самый последний момент, когда нос судна уже скрылся под водой, погиб сбитый падавшими с задранной кормы бочками завхоз экспедиции Б. Г. Могилевич. На льду осталось 103 человека, в том числе 10 женщин и двое детей.
Уже на второй день после гибели судна в Москве создали правительственную комиссию по оказанию помощи челюскинцам (председатель В. В. Куйбышев), которая немедленно приступила к работе. На Чукотке мобилизовали каюров и собачьи упряжки, к Уэлену стянули немногочисленные самолеты полярной авиации. Из Хабаровска и Владивостока своим ходом и на кораблях отправили самолеты. Из Москвы во Владивосток повезли аэросани, вездеходы и два разобранных дирижабля. В США срочно выехали летчики М. Т. Слепнев и С. А. Леваневский, уже освоившие американскую технику. Им предстояло вылететь на закупленных машинах через Аляску на Чукотку. И все люди, вся техника направлялись в чукотское становище Ванкарем, от которого до ледового лагеря Шмидта было всего 140-160 километров.
