После швартовки на корабле были ужин, увольнение части экипажа на берег, развод наряда, баня и стирка. Сошел на берег и временно исполнявший обязанности командира корабля Г. Хоршудов. Старшим на борту остался помощник командира корабля капитан второго ранга 3. Серполов.
Перед ужином на корабль прибыло пополнение — бывшие солдаты пехоты, переведенные во флот. Их переодели в матросскую рабочую форму, но оставили сапоги, так как обувь подобрать не успели. На ночь новоприбывших разместили в одном из носовых помещений линкора. Для большинства из них это был первый и последний день военно-морской службы. В 1:30 29 октября в носовой части линкора глухо прогремел взрыв. Корпус «Новороссийска» содрогнулся от мощного удара. На всех палубах сразу же пропало освещение. Корабль погрузился в темноту, отключились сигнализация и радиотрансляция.
После короткого замешательства на линкоре была объявлена аварийная боевая тревога, экипаж занял места согласно боевому расписанию, корабельные аварийные отряды приступили к работе по локализации последствий взрыва. На стоявших рядом крейсерах также была объявлена тревога. Их медицинские группы стали прибывать к борту «Новороссийска». Однако спасательных средств было крайне мало, да и возможности у них были скромные.
Носовая часть корабля погрузилась в воду, а отданный якорь и швартов носовой бочки крепко держали линкор, не позволяя сдвинуть его с места и отбуксировать на отмель. Вода довольно быстро продолжала поступать в корпус.
Шел третий час после взрыва. Видя, что поступление воды остановить не удается, Хоршудов, который, получив известие об аварии, немедленно вернулся на корабль, обратился к командующему флотом вице-адмиралу Пархоменко с предложением эвакуировать часть команды, которая из-за затопления носовой части корабля стала собираться на корме и насчитывала несколько сотен человек. Командующий, вполне в духе того времени, отрезал: «Не будем разводить панику!» В частности из-за этого распоряжения погибли многие матросы.
Однако вскоре по линкору была отдана команда: «Не занятым борьбой за жизнь судна построиться на юте». Матросы, старшины, офицеры стали выходить из задраенных по-боевому внутренних помещений, палубных надстроек, башен и строиться на верхней палубе на корме. В строю собралось до тысячи моряков. К трапу стали подгонять плавсредства, но на них успела сойти лишь небольшая часть экипажа, когда корпус корабля вдруг дернулся и начал крениться на левый борт. Шеренги моряков покатились с уходящей из-под ног палубы в воду.
В 4:15 утра линкор лег на левый борт, а через мгновение перевернулся вверх килем. Начался второй акт трагедии, жертвами которой стали теперь уже сотни моряков, оказавшиеся в воде. Одетые в бушлаты, они образовали возле бортов линкора живое поле. Многие, особенно вчерашние пехотинцы, под тяжестью промокшей одежды и сапог быстро ушли под воду. Правда, часть команды сумела взобраться на днище корабля, другие отплыли в сторону, и их подобрали спасательные плавсредства. Кое-кто сумел доплыть до берега самостоятельно.
Стресс от пережитого был такой, что у некоторых моряков, доплывших до берега, не выдерживало сердце, и они тут же падали замертво. Моряки, взобравшиеся на днище и снятые потом оттуда спасателями, а также те, кто находился рядом на спасательных судах, слышали внутри корпуса частый беспорядочный стук. Это подавали о себе весть моряки, не успевшие выбраться из отсеков. Отчаянный стук заживо замурованных все усиливался, сливаясь в сплошную дробь.
Спасатели судна «Карабах», не дожидаясь указаний сверху, вскрыли обшивку корпуса в корме линкора. Через разрез успели спастись семь моряков. А потом из отверстия с нарастающей силой стал вырываться сжатый воздух…
Вскоре корабль из-за выхода воздуха из воздушных мешков стал медленно погружаться. Запоздалые попытки заварить прорезанное отверстие ничего не дали. К утру 30 октября «Новороссийск» затонул.
В последние минуты перед гибелью линкора по звукоподводной связи, доставленной к месту аварии, было слышно, как моряки, находившиеся внутри корабля, пели «Варяг». А уже 1 ноября водолазы, спускавшиеся к затонувшему линкору, не слышали никаких звуков…
Вот как описал эту катастрофу Виталий Говоров, наблюдавший ее от начала и до конца:
«На шесть часов 29 октября был назначен выход в море крейсера «Молотов», где я служил в должности командира дивизиона. Крейсер стоял метрах в двухстах пятидесяти от линкора. Я отдыхал в каюте, ждал сигнала готовности корабля к выходу в море. Вдруг что-то толкнуло меня и подбросило на койке. Я услышал глухой звук взрыва. Через три-четыре минуты прозвучала команда: «Баркас к правому трапу. Кормовой аварийной партии построиться на юте». Все команды были выполнены необычайно быстро, в этом уже чувствовалось внутреннее напряжение моряков. Прибыв на ют, я получил боевую задачу от командира крейсера капитана первого ранга Каденко: «Отправиться на линкор «Новороссийск» и оказать помощь».