11 सितम्बर 2001 को जल्दी सवेरे, बोस्टन, नेवार्क और वॉशिंगटन डी॰सी॰ (वॉशिंगटन डलेस अंतरराष्ट्रीय हवाई अड्डा) से सैन फ्रांसिस्को तथा लॉस एंजिल्स जा रहे चार वाणिज्यिक विमानों पर उन्नीस अपहरणकर्ताओं ने कब्जे में ले लिया। प्रातः 8:46 बजे, अमेरिकी एयरलाइंस की फ्लाइट 11 वर्ल्ड ट्रेड सेंटर के नॉर्थ टॉवर से जा टकराई, इसके बाद प्रातः 9:03 बजे यूनाइटेड एयरलाइंस की फ्लाइट 175 साउथ टॉवर से टकराई।अपहरणकर्ताओं के एक अन्य समूह ने प्रातः 9:37 बजे अमेरिकन एयरलाइंस फ्लाइट 77 को पेंटागन में टकरा दिया। एक चौथाई उड़ान, यूनाइटेड एयरलाइंस फ्लाइट 93 विमान पर सवार यात्रियों और अपहरणकर्ताओं के बीच लड़ाई के बाद प्रातः 10:03 बजे, पेंसिल्वेनिया में शैंक्सविले के निकट दुर्घटनाग्रस्त हो गई। माना जाता है कि इसका अंतिम लक्ष्य या तो कैपिटल (संयुक्त राज्य अमेरिका कांग्रेस का बैठक स्थल) या व्हाइट हाउस था।सितम्बर 2002 में वृत्तचित्र निर्माता योसरी फाउदा द्वारा आयोजित एक साक्षात्कार में अल जजीरा के पत्रकार खालिद शेख मोहम्मद और रैमजी बिनलशीभ ने कहा कि चौथा अपहृत विमान संयुक्त राज्य अमेरिका कैपिटल जा रहा था न कि व्हाइटहाउस.कैपिटल उन्होंने आगे कहा कि अल कायदा ने शुरू में वर्ल्ड ट्रेड सेंटर और पेंटागन के बजाय परमाणु प्रतिष्ठानों में अपहृत विमानों को उड़ाने की योजना बनाई थी लेकिन स्थिति "नियंत्रण से बाहर हो जाने" के डर से "उस समय के लिए" परमाणु ऊर्जा संयंत्रों पर हमला नहीं करने का फैसला किया गया था।कुछ यात्री केबिन एयरफोन सेवा तथा मोबाइल फोन का उपयोग करके फोन कॉल करने में तथा यह विवरण देने में सफल हो गए कि प्रत्येक विमान पर बहुत से अपहरणकर्ता सवार थे, कि जावित्री या हानिकारक रासायनिक छिड़काव के अन्य रूप, जैसे अश्रु गैस या काली मिर्च का छिड़काव किया गया था और कि विमान पर सवार कुछ यात्रियों को चाकू से मारा गया था। रिपोर्टों ने संकेत दिया कि दो उड़ानों के दौरान, अपहरणकर्ताओं ने विमान चालकों, उड़ान परिचारकों और कम से कम एक मामले में, एक यात्री की चाकुओं से हत्या कर दी थी। 9/11 आयोगने यह स्थापित किया है कि दो अपहरणकर्ताओं ने हाल ही में लैदरमैन बहुप्रकार्य हस्त उपकरण खरीदे थे। फ्लाइट 11 के एक उड़ान परिचारक, फ्लाइट 175 के एक यात्री और फ्लाइट 93 के यात्रियों ने बताया कि अपहरणकर्ताओं के पास बम थे, लेकिन एक यात्री ने यह भी कहा कि उसके विचार से बम नकली थे। दुर्घटना स्थलों पर विस्फोटकों के कोई अवशेष नहीं पाए गए थे और 9/11 आयोग का मानना था कि बम शायद नकली थे।यूनाइटेड एयरलाइंस फ्लाइट 93 के ब्लैक बॉक्स की रिकॉर्डिंग से पता चला कि फोन कॉल के माध्यम से यह जानने के बाद कि इसी प्रकार अपहृत किये गए विमानों को सवेरे इमारतों से टकरा दिया गया था, चालक दल और यात्रियों ने अपहरणकर्ताओं से विमान का नियंत्रण छीनने की कोशिश की थी। फ्लाइट 93 के रिकॉर्डर की लिखित प्रतिलिपि के अनुसार एक बार यह स्पष्ट हो जाने पर कि वे विमान का नियंत्रण यात्रियों के हाथों खो देंगे, एक अपहरणकर्ता ने विमान को डगमगाने का आदेश दिया था। इसके तुरंत बाद, विमान प्रातः स्थानीय समय 10:03:11 बजे (14:03:11 यूटीसी (UTC)) स्टोनीक्रीक टाउनशिप, सोमरसेट काउंटी, पेंसिलवेनिया में शैंक्सविले के समीप एक खेत में दुर्घटनाग्रस्त हो गया था। हमलों के आयोजक खालिद शेख मोहम्मद ने योसरी फाउदा के साथ 2002 में एक साक्षात्कार में बताया था कि फ्लाइट 93 का लक्ष्य संयुक्त राज्य अमेरिका कैपिटल था, जिसे कूट नाम "द फैकल्टी ऑफ लॉ" दिया गया था।वर्ल्ड ट्रेड सेन्टर कॉम्प्लेक्स में हमले के दिन तीन इमारतें संरचनात्मक विफलता के कारण ढह गई थीं। दक्षिण टॉवर (2 डब्ल्यूटीसी (WTC)) यूनाइटेड एयरलाइंस फ्लाइट 175 की टक्कर से लगी आग में लगभग 56 मिनट तक जलने के बाद प्रातः 9:59 पर गिर गया था। उत्तरी टॉवर (1 डब्ल्यूटीसी (WTC)) लगभग 102 मिनट तक जलने के बाद प्रातः 10:28 बजे ढह गया था। जब उत्तरी टॉवर ढहा तो इसका मलबा पास की 7 वर्ल्ड ट्रेड सेंटर (7 डब्ल्यूटीसी (WTC)) इमारत पर गिरा, जिससे वह भी क्षतिग्रस्त हो गई और उसमें आग लग गई। यह आग घंटों तक जलती रही और इमारत की संरचनात्मक मजबूती चरमरा गई, जिसके कारण सायं 5:20 बजे पूर्वी सायबान टूट कर गिर पड़ा और 5:21 पर पूरी इमारत ढह गई।इन हमलों ने पूरे संयुक्त राज्य अमेरिका में, समाचार संगठनों और हवाई यातायात नियंत्रकों में बड़े पैमाने पर भ्रम उत्पन्न कर दिया। सभी अंतर्राष्ट्रीय नागरिक हवाई यातायात के लिए तीन दिनों के लिए अमेरिकी भूमि पर उतरने पर प्रतिबंध लगा दिया गया था। जो विमान पहले से ही उड़ान में थे उनको या तो वापस भेज दिया गया या कनाडा अथवा मैक्सिको के हवाई अड्डों पर उतरने के लिए भेज दिया गया। समाचार स्रोत दिन भर अपुष्ट और अक्सर विरोधाभासी रिपोर्टें प्रसारित करते रहे। इनमें से सर्वाधिक प्रचलित एक स्रोत ने समाचार दिया कि वाशिंगटन डी॰सी॰ में अमेरिकी राज्य विभाग के मुख्यालय पर एक कार बम में विस्फोट किया गया था। पेंटागन दुर्घटना का समाचार पहली बार देने के तुरंत बाद, कुछ समाचार माध्यमों ने संक्षेप में यह भी बताया कि नेशनल मॉल में आग लग गई थी। एसोसिएटेड प्रेस तार पर एक अन्य रिपोर्ट में दावा किया गया कि डेल्टा एयर लाइन्स के एक विमान फ्लाइट 1989 का अपहरण कर लिया गया था। यह रिपोर्ट भी गलत निकली, संक्षिप्त समय के लिए विमान को अपहरण के खतरे में समझा गया था, लेकिन जल्दी ही नियंत्रकों को उससे जवाब मिल गया और वह सुरक्षित क्वीवलैंड, ओहायो में उतर गया।