Bilanţul victimelor atentatelor s-a ridicat la 2.978 de morţi, dintre care 2.749 la New York.
Turnurile gemene ale World Trade Center, cei mai înalţi zgârie-nori din New York, au fost lovite la un interval de câteva minute de două dintre avioanele deturnate. Primul aparat, un Boeing 767 al companiei American Airlines, având 92 de persoane la bord, dintre care cinci terorişti, a lovit primul turn la ora locală 8:46 (15:46 ora României), distrugând etajele superioare ale clădirii. La ora locală 9:03 (16:03 ora României), al doilea Boeing, model 767, aparţinând companiei United Airlines şi având 65 de persoane la bord, dintre care cinci terorişti, a lovit cel de-al doilea turn al World Trade Center, un eveniment care a fost transmis în direct de posturile de televiziune din întreaga lume. La ora locală 9:43 (16:43 ora României), un Boeing 757 al companiei American Airlines, cu 64 de persoane la bord, dintre care cinci terorişti, s-a prăbuşit peste Pentagon, provocând pagube însemnate la faţada vestică a clădirii Ministerului american al Apărării. Un al patrulea aparat Boeing 757, al companiei United Airlines, care transporta 44 de persoane la bord, dintre care patru terorişti, s-a prăbuşit pe un câmp din Pennsylvania, în estul ţării. Obiectivul precis al teroriştilor a rămas, până astăzi, necunoscut, la fel ca şi împrejurările exacte ale producerii catastrofei. Se pare că unii pasageri, informaţi prin telefonul mobil despre evenimentele din New York, i-au atacat pe terorişti.
Cele două turnuri ale World Trade Center s-au prăbuşit unul după celălalt, turnul sudic la ora locală 10:05 (17:05 ora României), iar cel nordic la 10:28 (17:28 ora României). Sub dărâmături au fost prinse sute de persoane care nu putuseră fi evacuate şi mulţi salvatori, în timp ce întregul cartier Manhattan a fost acoperit de un nor de fum negru şi de praf.
Preşedintele George W. Bush, care în momentul producerii atentatelor vizita o şcoală din Florida, a fost condus la o bază militară, din motive de securitate. Reîntors la Washington în cursul aceleiaşi seri, el şi-a afirmat hotărârea de a-i pedepsi pe autorii acestor "atentate ruşinoase", subliniind că nu va face nicio diferenţă între "teroriştii care au comis aceste acte şi cei care îi protejează".
