Η Στοκχόλμη προσέκρουσε στη δεξιά πλευρά του Andrea Doria κοντά στη μέση. Δημιούργησε μια μεγάλη τρύπα βάθους σχεδόν 12 μέτρων. Έσπασε αρκετά από τα στεγανά διαμερίσματα του Andrea Doria. Έσπασε επίσης πέντε δεξαμενές καυσίμων. Οι δεξαμενές καυσίμων είχαν γεμίσει με 500 τόνους νερού. Η Στοκχόλμη και το Αντρέα Ντόρια χωρίστηκαν σε 30 δευτερόλεπτα. Το Andrea Doria άρχισε να γέρνει προς τη δεξιά του πλευρά. Σύντομα, οι μισές από τις σωσίβιες λέμβους δεν μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν, επειδή έπαιρνε υπερβολική κλίση. Το βάρος των δεξαμενών καυσίμων που είχαν γεμίσει με νερό το τράβηξε επίσης προς τα κάτω. Όλο το μπροστινό μέρος της Στοκχόλμης καταστράφηκε, αλλά δεν βυθίστηκε. Από τη συντριβή σκοτώθηκαν 46 επιβάτες του Andrea Doria. Πέντε μέλη του πληρώματος της Στοκχόλμης σκοτώθηκαν επίσης. Ωστόσο, μια απίστευτη επιζήσασα ήταν η Linda Morgan, επιβάτης του Andrea Doria που προσγειώθηκε στη Στοκχόλμη όταν συνετρίβησαν.
Τριάντα λεπτά μετά τη συντριβή, οι επιβαίνοντες στο Andrea Doria αποφάσισαν να εγκαταλείψουν το πλοίο. Ωστόσο, ορισμένα μέλη του πληρώματος είχαν ήδη φύγει. Αυτό το έκανε πιο δύσκολο, επειδή δεν υπήρχε πλήρωμα για να βοηθήσει. Ωστόσο, υπήρχαν ακόμα αρκετές σωσίβιες λέμβοι για να βγουν όλοι με ασφάλεια. Το SS Ile de France, ένα γαλλικό πλοίο, έφτασε στο Andrea Doria για να βοηθήσει στη διάσωση των επιβατών. Εκτόξευσε σωσίβιες λέμβους για να διασώσει τους επιβάτες του Andrea Doria. Το Ile de France είχε ταξιδέψει μόνο μία ημέρα, οπότε του είχαν απομείνει πολλές προμήθειες για να βοηθήσει τους επιβάτες του Andrea Doria. Το Andrea Doria συνέχισε να γέρνει προς τα δεξιά και τελικά άρχισε να βυθίζεται στις 9:45 π.μ. της 26ης Ιουλίου 1956. Πριν από αυτό, στις 9:00 π.μ., όλοι οι επιζώντες είχαν αποβιβαστεί από το πλοίο. Στις 10:00 π.μ., το Andrea Doria είχε πάρει τέτοια κλίση προς τα δεξιά που τα παράθυρά του άγγιζαν τον ωκεανό. Στις 10:09 π.μ., το πλοίο βυθίστηκε. Αυτό συνέβη 10 ώρες και 59 λεπτά μετά τη σύγκρουσή του με τη Στοκχόλμη. Το πίσω μέρος του Andrea Doria ανασηκώθηκε και η αριστερή προπέλα του ανασηκώθηκε από το νερό. Κάποιες σωσίβιες λέμβοι που βρίσκονταν ακόμη στο πλοίο αποσπάστηκαν και απομακρύνθηκαν ανάποδα. Το πλοίο είχε παρασυρθεί 1,6 ναυτικά μίλια (απόσταση μέτρησης που χρησιμοποιείται στη θάλασσα) από το σημείο όπου είχε συγκρουστεί με τη Στοκχόλμη.
Συνολικά έξι διαφορετικά πλοία διέσωσαν τους επιβάτες του Andrea Doria, μεταξύ των οποίων τα Stockholm και Ile de France. Το Stockholm ήταν το τελευταίο που έφτασε, επειδή είχε υποστεί ζημιές. Οι ελπίδες πολλών οικογενειών να ξαναδούν τα αγαπημένα τους πρόσωπα καταστράφηκαν. Περισσότερο επηρεάστηκαν όσοι συναντούσαν μέλη πολλών οικογενειών που μετανάστευσαν στις Ηνωμένες Πολιτείες με την ελπίδα μιας νέας ζωής. Το Chrysler Norseman, ένα πρωτότυπο αυτοκίνητο που κατευθυνόταν προς τη Νέα Υόρκη, χάθηκε επίσης μαζί με τα άλλα αυτοκίνητα που επέβαιναν στο Andrea Doria. Ένα πολυτελές αυτοκίνητο Rolls-Royce βρισκόταν επίσης στο Andrea Doria.