19:45 น. เครื่องบินโดยสารของอเมริกันแอร์ไลน์ เที่ยวบินที่ 11 จากบอสตันเข้าชนอาคารเหนือ (อาคาร 1 เป็นอาคารที่มีเสาอากาศเห็นได้ชัด) ของเวิลด์เทรดเซ็นเตอร์ แล้วฉีกตัวอาคารเป็นช่องพร้อมทั้งเกิดเพลิงไหม้ 20:03 น. เครื่องบินโดยสารของยูไนเต็ดแอร์ไลน์ เที่ยวบินที่ 175 จากบอสตันเช่นกัน พุ่งเข้าชนอาคารใต้ (อาคาร 2) ของเวิลด์เทรดเซ็นเตอร์ และเกิดระเบิดรุนแรง 20:43 น. เครื่องบินโดยสารเที่ยวบินที่ 77 ของอเมริกันแอร์ไลน์ ชนอาคารเพนตากอน เกิดควันไฟพวยพุ่ง มีการอพยพคนในทันที 20:45 น. มีการอพยพคนที่ทำเนียบขาว 21:05 น. อาคารใต้ของเวิลด์เทรดเซ็นเตอร์ถล่มลง ท้องถนนปกคลุมด้วยกลุ่มควัน 21:10 น. บางส่วนของอาคารเพนตากอนถล่ม ขณะเดียวกันก็มีรายงานการตกของเครื่องบินโดยสารของยูไนเต็ดแอร์ไลน์ เที่ยวบินที่ 93 ที่เขตชนบทของซอมเมอร์เซ็ต รัฐเพนซิลวาเนีย ซึ่งอยู่ทางตะวันออกเฉียงใต้ของพิตส์เบิร์ก 21:13 น. อาคารที่ทำการของสหประชาชาติเริ่มขนย้ายผู้คน โดยเป็นคนของสำนักงานใหญ่จำนวน 4,700 คน และจากยูนิเซฟกับฝ่ายอื่นของสหประชาชาติอีก 7,000 คน 21:28 น. อาคารเหนือของเวิลด์เทรดเซ็นเตอร์ ถล่มยุบตัวลงคล้ายถูกตอกด้วยเสาเข็มจากด้านบน เกิดฝุ่นอันหนาทึบ และเศษหักพังกระจายไปทั่ว 21:45 น. อาคารที่ทำการของรัฐทุกอาคารในวอชิงตันอพยพคนทั้งหมด 21:48 น. ตำรวจได้ยืนยันว่ามีเครื่องบินตกที่ซอมเมอร์เซ็ต 21:53 น. มีการประกาศเลื่อนการเลือกตั้งขั้นต้นของนิวยอร์ก 22:18 น. อเมริกัน แอร์ไลน์ รายงานเรื่องเครื่องบินที่ถูกปล้น โดยเที่ยวบินที่ 11 เป็นเครื่องโบอิ้ง 767-200ER มีลูกเรือ 11 คน และผู้โดยสาร 81 คน ซึ่งกำลังเดินทางไปยังลอสแอนเจลิส ส่วนเที่ยวบินที่ 77 เป็นเครื่อง 757-200 กำลังเดินทางไปลอสแอนเจลิส โดยมีผู้โดยสาร 58 คน ลูกเรือ 6 คน เครื่อง 767-200ER เป็นลำที่ชนอาคารเหนือของเวิลด์เทรดเซ็นเตอร์ และเครื่อง 757-200 ชนอาคารเพนตากอน 22:26 น. ยูไนเต็ดแอร์ไลน์ รายงานเรื่องเครื่องบินที่ถูกปล้นว่า เที่ยวบินที่ 93 ออกจากนิวอาร์ก รัฐเดลาแวร์ ไปยังซานฟรานซิสโก และตกที่เพนซิลวาเนีย 22:59 น. ยูไนเต็ดแอร์ไลน์ รายงานเรื่องเครื่องบินเที่ยวบินที่ 175 ที่กำลังเดินทางไปลอสแอนเจลิสว่า มีผู้โดยสาร 56 คน ลูกเรือ 9 คน โดยเป็นลำที่ชนอาคารใต้ของเวิลด์ เทรด เซ็นเตอร์ 23:04 น. สนามบินลอสแอนเจลิส ซึ่งเป็นที่หมายของเครื่องบิน 3 ลำ อพยพคนทั้งหมด 23:15 น. สนามบินซานฟรานซิสโกซึ่งเป็นที่หมายของเครื่องบินเที่ยวบินที่ 93 อพยพคนทั้งหมด
03:10 น. อาคาร 7 ซึ่งมี 47 ชั้นของเวิลด์เทรดเซ็นเตอร์เกิดเพลิงไหม้ 04:20 น. อาคาร 7 ของเวิลด์เทรดเซ็นเตอร์ ซึ่งไม่มีคนอยู่แล้วได้ถล่มลงมา โดยเกิดจากความเสียหายที่เกิดขึ้นหลังจากอาคาร 1 และอาคาร 2 (อยู่คนละฝั่งถนน) ถล่มลงก่อนหน้านี้ และอาคารรอบ ๆ บริเวณก็มีเพลิงไหม้ด้วย 04:30 น. เจ้าหน้าที่ของรัฐบาลรายงานว่าเครื่องบินที่ตกในเพนซิลวาเนียอาจจะมีเป้า หมายในการชน แคมป์เดวิด หรือ ทำเนียบขาว หรือ อาคารรัฐสภา อาคารใดอาคารหนึ่ง 06:45 น. ตำรวจนิวยอร์กรายงานว่า มีเจ้าหน้าที่สูญหาย 78 นาย และเชื่อว่าพนักงานดับเพลิงประมาณ 200 นายเสียชีวิตในที่เกิดเหตุ 08:22 น. เพลิงไหม้ที่อาคารเพนตากอนยังควบคุมไม่ได้ แต่สามารถจำกัดเขตการลุกลามได้แล้ว