A explosão de uma bomba no aeroporto de Gran Canária e a ameaça de uma segunda bomba fez com que a maioria dos aviões com destino à Grã Canária fossem desviadas para Tenerife, entre eles os voos KLM 4 805 e Pan Am 1 736. Em Tenerife, os controladores tiveram que estacionar as aeronaves nas taxiways, bloqueando as mesmas. Enquanto as aeronaves aguardavam em solo a reabertura do aeroporto de Grã Canária, uma densa névoa se formou sobre a pista de Tenerife, já que o aeroporto fica localizado em um planalto e é propenso a nevoeiros, o que reduziu a visibilidade.
Quando o aeroporto da Grã Canária reabriu, os aviões foram autorizados a descolar aos poucos. Mas, como as taxiways estavam bloqueadas, as aeronaves deveriam taxiar até o final da única pista do aeroporto e lá fazer um giro de 180° e descolar. A neblina era tão densa que nenhum avião conseguia estabelecer contacto visual entre si e entre os controladores. Como o aeroporto, naquela época, não tinha radar de solo, os controladores poderiam guiar-se apenas por relatos fornecidos pelos pilotos perante a sua localização.
Logo que o KLM taxiou pela pista e fez o giro, o Pan Am foi autorizado também a taxiar e posicionar-se logo atrás do KLM na espera para a descolagem. Mas, logo após completar o giro, o KLM iniciou a corrida de descolagem, mesmo com o Pan Am ainda taxiando pela pista. Quando o Pan Am avistou as luzes de decolagem do KLM, ele tentou desviar, mas foi tarde demais. O KLM, que tentou descolar mas sofreu um tailstrike e estolou, colidiu com o Pan Am e se despedaçou pela pista.
Como o acidente ocorreu em território espanhol, a Espanha foi responsável por investigar o acidente. O acidente envolveu aviões dos Estados Unidos e dos Países Baixos, que auxiliaram na investigação. O inquérito revelou que a principal causa do acidente foi o capitão do voo da KLM descolar sem autorização dos controladores. A investigação especificou que o capitão não tentou descolar intencionalmente, mas acreditava já ter sido autorizado, devido a confusões na pronúncia do inglês. Os investigadores holandeses acusaram a KLM de fornecer mau treino à sua tripulação, mas voltaram atrás e acusaram o controle de tráfego aéreo pela má compreensão da língua inglesa.
O acidente teve consequências duradouras sobre a indústria, em particular na área da comunicação. A fraseologia padrão da aviação sofreu severas modificações, reduzindo assim a possibilidade de mal-entendidos. Além disso, foi construído o aeroporto de Tenerife Sul, o qual fica ao nível do mar, evitando a formação de nevoeiros.
Ainda de acordo com as transcrições obtidas no CVR (caixa-preta), o piloto do Jumbo da PanAm, capitão Victor Grubbs, percebeu a aproximação das luzes dos faróis de pouso do B747 da KLM a cerca de 500 metros quando taxiava pela pista para entrar no acesso Charlie 4 em direção ao ponto de espera da pista em uso. Imediatamente, aplicou potência TOGA na tentativa de sair da frente do B747 da KLM que avançava em sua direção. Ocorre que a inércia de um jato de grande porte é muito grande em circunstância ao seu peso e lentamente começou a arrancar. Não adiantou.
No comando do B747 da KLM, van Zanten, ao perceber através da neblina as luzes e a silhueta da aeronave da PanAm ainda na pista, puxou para si a coluna do manche, tentando desesperadamente e precocemente descolar e evitar a colisão iminente, mesmo sabendo que a sua velocidade ainda estava abaixo da requerida para a rotação do avião (velocidade calculada para que a aeronave consiga descolar). Como consequência, o Boeing 747, ainda sem a necessária sustentação aerodinâmica, arrastou a sua cauda por 20 metros sobre a pista e elevou-se alguns metros do solo, mas não o suficiente para evitar o impacto. Exatamente às 17 horas, 6 minutos e 56 segundos UTC, os trens de aterragem e a barriga do KLM atingem a fuselagem superior do PanAm na região da asa direita.
Ao colidir, o 747 da KLM perdeu as asas, que ficaram junto ao Boeing da Pan Am. A fuselagem e o que restava de asas do KLM4805 passaram por cima do jato da Pan Am e permaneceram no ar, em velocidade crítica, por mais 150 metros. Por fim, estolou, girou em torno de seu eixo transversal, batendo novamente contra a pista e arrastou-se, de barriga para cima, por mais 300 metros. Logo após parar, já destroçado, o 747 da KLM, com seus tanques centrais de combustível cheios, explodiu, envolvendo quase toda a fuselagem numa gigantesca bola de fogo, matando instantaneamente todos os seus 248 ocupantes.
O 747 da Pan Am, atingido de lado pelos trens de pouso do Jumbo da KLM, havia sido partido em três grandes partes, nas quais se propagou um incêndio de grandes proporções.
Milagrosamente, foi justamente o violentíssimo impacto que criou condições para que alguns dos ocupantes saíssem a tempo do inferno. Por largas áreas desmanteladas da fuselagem, 70 ocupantes, incluindo os três da cabine de comando (piloto, copiloto e engenheiro de voo), conseguiram escapar pulando sobre a asa esquerda que, inexplicavelmente, apesar de conter 20 000 litros de querosene em seus tanques, permaneceu intacta. Em seguida, o 747 da PanAm foi tomado pelo fogo.
Dos 70 que saíram com vida, nove morreriam mais tarde nos hospitais. Do total de 396 ocupantes do jato da Pan Am, 335 pereceram, bem como todos os 248 que estavam no jato da KLM, um total de 583 mortos, no pior desastre da história da aviação.
