Когда все три астронавта вошли в командный модуль, они начали последовательность моделирующих действий в камере. Она была наполнена чистым кислородом под давлением 1,2 кг/см2. Когда команда провела детальную проверку, то обнаружилось несколько проблем со связью, что означало задержку. Связь с внешним миром поддерживалась по четырем каналам, по радио или телефону. Прожектора освещали ракету-носитель «Сатурн», которая возвышалась на 20 этажей над стартовой площадкой. Экипаж выполнил все обычные действия на тренажере; ракета «Сатурн» не была заправлена. Все казалось обычным, пока из командного модуля «Аполлона» не пришла ошибочная команда: «Старт!» За этим быстро последовало второе сообщение, посланное Роджером Чаффи: «У нас пожар в кабине!». Телевизионные мониторы показали руки Эдда Уайта, тянущиеся назад, чтобы ослабить болты, которые держали крышку люка закрытой. Телекамера ухватила зловещее желтое свечение, идущее из капсулы в эти несколько критических секунд. Вскоре пламя появилось в иллюминаторе люка. Техники, работавшие на стартовой площадке, с ужасом смотрели на то, как в этом бушующем пламени и дыме руки астронавта тщетно пытаются открыть люк. Через несколько секунд последовало третье сообщение: «У нас сильный пожар… Мы горим!» Команда спасения бросилась к капсуле и попыталась открыть люк, но сильный жар заставил их отступить. Температура внутри кабины достигла 1400 °C. Дальнейшие попытки установить связь с астронавтами не дали результатов.
Когда люк наконец открыли, воцарилась тишина. Два врача из НАСА поспешили из бункера Центра управления на стартовую площадку, только удостовериться, что уже ничего нельзя сделать, чтобы спасти жизни попавших в ловушку астронавтов. Последующее вскрытие показало, что три человека умерли от удушья при вдыхании токсичных газов, а не от сильного пламени. Их нейлоновые костюмы расплавились и слились воедино от сильного жара пламени. Эта трагедия принесла смерть в космическую программу НАСА. До этого три астронавта — Элиот Си, Чарльз Бассет и Теодор Фримен — погибли при крушении самолета, но на протяжении шести лет ни один астронавт не погибал на какой-либо стадии запуска.
Пожар на «Аполлоне-1» буквально остановил американскую космическую программу на несколько месяцев. Уэбб назначил комиссию по расследованию происшествия под руководством главы исследовательского центра Лэнгли Флойда Томпсона. Конгресс, так же как и пресса, проявил глубокий интерес к этому делу. Руководство НАСА испытывало страх, что программу «Аполлон» могут существенно задержать или даже закрыть. Конгресс провел слушания для выяснения причин трагедии. В начале апреля комиссия Томпсона подготовила свой доклад: детальное изложение результатов, разбитое на 14 томов и содержащее более 3000 страниц. Доклад не привел одну конкретную причину пожара; в нем было установлено, что к трагедии привела целая последовательность причин, среди которых были: избыточное давление в кабине, наполненной чистым кислородом; наличие легковоспламеняющихся материалов; ошибочное зажигание; неадекватные средства для эвакуации из капсулы. НАСА приняло решение использовать чистый кислород для простоты и по соображениям экономии веса. Несмотря на все меры безопасности, искра воспламенила огонь в капсуле, позднее была обнаружена неисправность в электропроводке в нижнем приборном отсеке, в ногах кресла Гриссома. Исследования комиссии Томпсона установили, что НАСА и ее подрядчики не сумели обеспечить соответствующую конструкцию, инженерную проработку и контроль качества для космического корабля «Аполлон». В последующие годы это несчастье будет яростно обсуждаться. Некоторые критики НАСА утверждали, что космическое агентство пренебрегло безопасностью в напряженной борьбе с СССР за победу в космическом соревновании. Уэбб попал в перекрестье публичной критики во всех аспектах кризисной ситуации с «Аполлоном-1», которая оказывала на него колоссальное давление. В октябре 1968 года он покинул НАСА. Его уход совпал с завершающей стадией программы «Аполлон».