Das Tōhoku-Erdbeben vom 11. März 2011 löste einen Tsunami aus, der etwa 34 Minuten später, um 15:20 Uhr, in Onagawa eintraf. Der Tsunami erreichte in Onagawa eine Überflutungshöhe von 14,8 m. Nach anderen Angaben überschritt die maximale Überflutungshöhe in der Stadt 16 m, begünstigt durch die Ostströmung des Tsunamis bei gleichzeitiger Ost-Exponierung der Bucht von Onagawa. Der Tsunami überflutete drei Quadratkilometer und 48 Prozent der Fläche in den Wohngebieten Onagawas. Dabei wurde ein großer Teil des Stadtgebietes zerstört, einschließlich 12 der 25 Tsunami-Notunterkünfte (alle an Orten über 6 m Höhe). Die Zahl der völlig zerstörten Wohngebäude wird mit 2924 beziffert. Von den 4.607 dem Tsunami ausgesetzten Gebäuden im Überflutungsgebiet der Stadt Onagawa wurden 3.459 zerstört und fortgespült, was einer Quote von 75,1 % entspricht, der zweithöchsten Quote in der Präfektur Miyagi nach der Stadt Minamisanriku.