Проделав это, Нобиле направил дирижабль к Шпицбергену. Вскоре «Италия» вошла в зону плотного тумана. С целью экономии топлива один двигатель был выключен. В таких условиях полет продолжался в течение 8 часов. Вскоре Нобиле выяснил, что дирижабль, двигаясь с малой скоростью, оказался восточнее намеченного курса. Тогда запустили третий двигатель, однако скорость существенно не возросла.
И без того неблагоприятные погодные условия усугубились сильным обледенением. Экипажу приходилось непрерывно заделывать пробоины в оболочке, возникавшие вследствие ударов по ней кусков льда, срывавшихся с винтов. Дирижабль шел очень неустойчиво. Килевая качка сопровождалась вибрацией. По прошествии 28 часов стало ясно, что «Италия» сильно отклонилась от курса. Однако оценить местоположение дирижабля не представлялось возможным, поскольку под ним всюду был паковый лед, а сверху – плотный слой облаков.
Еще через два с половиной часа полета заклинило штурвал управления рулем высоты. Около 10 часов 25 мая неисправность была устранена, но к этому времени дирижабль опять шел на двух двигателях под слоем облаков и непрерывно снижался. Когда высота составила всего 200 метров, «Италия» неожиданно стала опускать корму. Опять был запущен третий двигатель, однако спуск приостановить не удалось. Понимая, что столкновение со льдом неизбежно, Нобиле во избежание пожара отдал команду выключить двигатели и сбросить остаток балласта.
В 10 часов 33 минуты кормовая гондола столкнулась с ледяным торосом, при этом погиб один механик. Тут же разрушилась командирская гондола, а находившиеся в ней Нобиле и еще 8 членов экспедиции были выброшены на лед. Облегченный дирижабль с остальными 6 участниками взмыл вверх и исчез из виду. Видимо, все погибли, поскольку, несмотря на тщательные поиски этой группы, ни ее, ни следов дирижабля обнаружить так и не удалось. Не исключено, что на борту произошел взрыв, поскольку через несколько минут в направлении исчезнувшего дирижабля оставшиеся на льду наблюдали облако дыма. Позже выяснили, что катастрофе способствовали чрезмерно тяжелые метеорологические условия – туман, сильный ветер, обледенение. Сказалось также отсутствие на дирижабле надежных средств навигации.
Весь мир всколыхнула судьба пропавших во льдах аэронавтов. Однако только молодому советскому радиолюбителю удалось поймать самодельным приемником еле слышные позывные дирижабля «Италия» и сигнал «SOS». На розыски группы Нобиле и группы Мальмгрена, предпринявшей попытку дойти пешком до Нордкапа, а также вылетевших к ним на помощь на самолете «Латам» и исчезнувших Руаля Амундсена и Гильбо были направлены спасательные экспедиции СССР, Швеции, Норвегии, Франции и Финляндии (в стороне осталась лишь Италия) в составе 16 кораблей и 21 самолета, в которых приняли участие 1500 человек. Советский Союз направил самый мощный в то время в мире ледокол «Красин» с самолетом летчика Б.Г. Чухновского на борту и ледокол «Малыгин» с самолетом летчика М.С. Бабушкина.
