Borgenärerna fruktar att de inte kommer att få betalt, sade Michigan Guvernör Rick Snyder, och tillade att staden är "i grund och botten pank".
I domstolshandlingar som ingivits på torsdagskvällen angavs 100 000 enheter som borgenärer till staden. Men fackföreningarna har beskrivit konkursansökan som ett maktövertagande.
Detroit, en gång en symbol för USA:s industriella makt, har drabbats av årtionden av nedgång.
Den söker skydd från borgenärer som inkluderar arbetstagare inom den offentliga sektorn och deras pensionsfonder.
Detroits problem beror på den minskande industrin. Offentliga tjänster närmar sig kollaps och cirka 70.000 fastigheter ligger övergivna.
Borgmästare Dave Bing har lovat att offentliga tjänster ska fortsätta att fungera och löner för offentliga arbetstagare kommer att betalas.
Mr Snyder sa i ett tv-meddelande på fredag morgon: "För närvarande har dessa borgenärer en situation där de inte vet vad de kommer att få betalt, och om de kommer att få betalt alls."
"Tillväxten av Detroit är avgörande för oss alla", sade han. "Låt oss Detroit på vägen till att bli en stor stad igen."
Från Jonny DymondWashington korrespondent
Detroits fall är avslutat. Det är en deprimerande, om än oundviklig, slut på en grotesk saga om nedgång, korruption och vanskötsel. Det ironiska är att konkursen kommer precis som den privata sektorn hämtar upp i Motor City. Det finns en buzz downtown, med kommersiella och bostäder beläggning på rekordnivåer.
Men de offentliga tjänsterna befinner sig i ett tillstånd av nära kollaps. Omkring 70.000 fastigheter ligger övergivna. Stora delar av staden måste skrivas av. För somliga kommer tillkännagivandet att komma som någon form av lättnad. När jag senast var där sade företagsledare till mig att något slags beslut måste fattas om stadens framtid - att plågsamt limbo var ohållbart.
Problemet nu är inte bara bild. Konkurs ser inte bra ut. Men Detroit är redan ett affischbarn för misslyckanden i städerna. Inte heller handlar det bara om att bli utestängd från kapitalmarknaderna - få skulle ändå låna ut till staden. Men konkurs kan ta flera år att reda ut, när Detroits verkliga problem behöver omedelbara lösningar.
På bild: Detroit konkurs
"Idag är ett stort steg för att komma på den vägen", tillade guvernören.
På torsdag, Michigan statsutnämnda krischef Kevyn Orr bad en federal domare att placera staden i konkursskydd.
Om det godkänns, skulle han tillåtas att likvidera stadens tillgångar för att tillfredsställa borgenärer och pensioner.
Detroit - känd som Motor City för sin en gång så stora bilindustri - stoppade betalningar utan säkerhet-skuld förra månaden för att hålla staden igång, som Orr förhandlade med borgenärer.
Han föreslog ett avtal förra månaden där borgenärerna skulle acceptera 10 cent för varje dollar de var skyldiga.
Men två pensionsfonder som representerade pensionerade stadsarbetare motsatte sig planen. Torsdagens konkursansökan kommer dagar före en utfrågning som skulle ha försökt hindra staden från att göra ett sådant drag.
Orr föreslog vid den tidpunkten att det fanns en 50-50 chans för staden att behöva ansöka om konkurs. Han sade också att stadens långfristiga skuld kan vara så hög som $ 20 miljarder.
Vid en presskonferens på torsdag sade Orr att ansökan om konkurs var "det första steget mot att återställa staden".
Vid sidan av honom sade Detroits borgmästare Dave Bing att invånarna måste göra en ny start, och försäkrade dem att staden skulle förbli öppen trots ansökan.
"Betalningscheckar för våra stadsanställda kommer att fortsätta. Tjänsterna kommer att fortsätta, sa han.
Men Ed McNeil, den ledande förhandlaren för en koalition av 33 fackföreningar, berättade för Reuters nyhetsbyrå att flytten handlade om "busting the unions".
"Detta handlar inte om att fixa stadens ekonomi", sade han. "Det handlar om guvernören och hans egen agenda att ta över staden Detroit."
I ett brev som åtföljde torsdagens arkiv sa Michigans guvernör Rick Snyder, republikan, att han hade godkänt ansökan om konkurs i kapitel 9.
"Det är uppenbart att den finansiella nödsituationen i Detroit inte kan hanteras framgångsrikt utanför en sådan ansökan, och det är det enda rimliga alternativet som finns."
Vita huset sa att det noga övervakade utvecklingen i Detroit.
Analytiker säger att det finns oro företag kan lämna sin verksamhet i Detroit.
Men det amerikanska bilföretaget General Motors sade på torsdag att det inte förväntade sig någon inverkan på sin verksamhet.
Staden har kämpat med sin ekonomi under en tid, driven av ett antal faktorer, inklusive en brant befolkningsförlust.
Antalet mord är 40 år högt och endast en tredjedel av ambulanserna var i tjänst i början av 2013.
Detroits regering har drabbats av en rad korruptionsskandaler genom åren.
Mellan 2000 och 10 minskade antalet invånare med 250 000 när invånarna flyttade.
Detroit är bara den senaste amerikanska staden att ansöka om konkurs under de senaste åren.
2012 tog tre städer i Kalifornien – Stockton, Mammoth Lakes och San Bernardino – steget.
Men torsdagens drag i Detroit är betydligt större än någon av de tidigare arkiven.
Detroit kanske förbereder sig för en kamp med borgenärer dagen efter att det blev den största amerikanska stad någonsin att ansöka om konkurs, med $18 miljarder ( £12 miljarder) av skulder.