Stockholm stürzte nahe der Mitte auf die rechte Seite von Andrea Doria. Es entstand ein großes Loch, das fast 12 m (40 Fuß) tief war. Es brach mehrere der wasserdichten Kammern auf der Andrea Doria auf. Es zerbrach auch fünf Treibstofftanks. Die Treibstofftanks wurden mit 500 Tonnen Wasser gefüllt. Stockholm und Andrea Doria trennten sich innerhalb von 30 Sekunden. Andrea Doria begann, sich auf die rechte Seite zu neigen. Bald konnte die Hälfte der Rettungsboote nicht mehr benutzt werden, weil sie zu stark kippte. Das Gewicht der Treibstofftanks, die mit Wasser gefüllt waren, zog es ebenfalls nach unten. Stockholms gesamte Frontpartie wurde zerstört, aber sie sank nicht. 46 Passagiere auf der Andrea Doria kamen bei dem Absturz ums Leben. Fünf Besatzungsmitglieder der Stockholm kamen ebenfalls ums Leben. Eine unglaubliche Überlebende war jedoch Linda Morgan, eine Passagierin der Andrea Doria, die nach dem Absturz der Andrea Doria auf der Stockholm landete.
Dreißig Minuten nach dem Absturz beschlossen die Menschen auf der Andrea Doria, das Schiff zu verlassen. Einige Besatzungsmitglieder hatten das Schiff jedoch bereits verlassen. Das machte es schwieriger, weil keine Besatzung da war, um zu helfen. Es gab jedoch immer noch genügend Rettungsboote, um alle sicher herauszubringen. Die SS Ile de France, ein französisches Schiff, erreichte die Andrea Doria, um bei der Rettung der Passagiere zu helfen. Sie setzte Rettungsboote aus, um die Passagiere der Andrea Doria zu retten. Die Ile de France war nur einen Tag lang in See gestochen, daher hatte sie noch viele Vorräte übrig, um den Passagieren der Andrea Doria zu helfen. Die Andrea Doria neigte sich weiter nach rechts und begann schließlich am 26. Juli 1956 um 9.45 Uhr zu sinken. Davor, um 9:00 Uhr, waren alle Überlebenden vom Schiff. Um 10.00 Uhr morgens wurde die Andrea Doria so weit nach rechts gekippt, dass ihre Fenster den Ozean berührten. Um 10.09 Uhr sank das Schiff. Das war 10 Stunden und 59 Minuten, nachdem es mit der Stockholm abgestürzt war. Der Rücken der Andrea Doria hob sich, und ihre linke Schiffsschraube hob sich aus dem Wasser. Einige Rettungsboote, die noch auf dem Schiff waren, brachen ab und trieben kopfüber davon. Das Schiff war 1,6 Seemeilen (eine auf See verwendete Messdistanz) von der Stelle, an der es mit der Stockholm abgestürzt war, abgedriftet.
Insgesamt sechs verschiedene Schiffe retteten Passagiere der Andrea Doria, darunter die Stockholm und die Ile de France. Die Stockholm kam als letztes Schiff an, da sie beschädigt war. In vielen Familien wurde die Hoffnung zerstört, geliebte Menschen wieder zu sehen. Am meisten betroffen waren diejenigen, die Mitglieder mehrerer Familien trafen, die in der Hoffnung auf ein neues Leben in die Vereinigten Staaten einwanderten. Auch der Chrysler Norseman, ein Prototyp, der nach New York unterwegs war, ging zusammen mit den anderen Autos an Bord der Andrea Doria verloren. An Bord der Andrea Doria befand sich auch ein Rolls-Royce-Luxuswagen.