หลังเสร็จสิ้นการพักผ่อนล่องเรือยอชต์ในเฟรนช์และอิตาเลียนริเวียราเป็นเวลา 9 วัน ไดอานาจึงเสด็จออกจากเกาะซาร์ดิเนีย ประเทศอิตาลี พร้อมกับโดดี ฟาเยด ด้วยเครื่องบินเจ็ตส่วนตัวและเสด็จถึงสนามบินเลอบูเฌ กรุงปารีส เพื่อแวะพักค้างคืนที่อะพาร์ตเมนท์บนถนนอาร์แซน อูเซ ในย่านช็องเซลีเซ ก่อนเดินทางต่อไปยังกรุงลอนดอน 

อ็องรี ปอล รองหัวหน้าแผนกรักษาความปลอดภัยโรงแรมริทซ์ ได้รับคำสั่งให้ทำหน้าที่ขับรถยนต์เมอร์เซเดส–เบนซ์ รุ่น เอส280 เพื่อพาไดอานาและโดดีหลบหนีช่างภาพปาปารัสซี ในขณะเดียวกันเจ้าหน้าที่โรงแรมได้เตรียมรถอีกคันหนึ่งเพื่อใช้หลอกล่อกลุ่มช่างภาพที่เฝ้ารออยู่หน้าโรงแรม เวลาประมาณ 0.20 น. (เขตเวลาออมแสงยุโรปกลาง UTC+2) ไดอานาและโดดีออกจากทางประตูด้านหลังโรงแรม และขึ้นรถเมอร์เซเดส–เบนซ์ซึ่งจอดรออยู่บนถนนแกมบง เพื่อเดินทางกลับที่พักซึ่งตั้งอยู่บนถนนอาร์แซน อูเซ 

ไดอานาและโดดีนั่งอยู่ตอนท้ายของห้องโดยสาร และนายเทรเวอร์ รีส์–โจนส์ ซึ่งเป็นเจ้าหน้าที่อารักขาของตระกูลอัลฟาเยด ได้ร่วมเดินทางด้วยและนั่งข้างคนขับ จากนั้นรถจึงมุ่งหน้าออกจากถนนกอมบง สู่จตุรัสปลัสเดอลากงกอร์ด แล้วเลี้ยวขวามุ่งสู่ถนนกูร์ลาแรน และถนนกูร์อัลแบร์ที่ 1 ซึ่งเป็นถนนเลียบแม่น้ำเซน

เวลาประมาณ 0.23 น. รถเมอร์เซเดส–เบนซ์ขับมาถึงทางลงอุโมงค์ลอดสะพานปองต์เดอลัลมา แต่ อ็องรี ปอล ไม่สามารถควบคุมรถยนต์ได้ รถจึงลื่นไถลเข้าสู่เลนซ้ายอย่างฉับพลัน ก่อนพุ่งชนตอม่อรองรับหลังคาอุโมงค์ตอม่อที่ 13 ด้วยความเร็วที่ 105 กิโลเมตรต่อชั่วโมง จากนั้นรถได้หมุนคว้างและหันท้ายชนผนังอุโมงค์อีกฝั่ง แล้วจอดแน่นิ่งอยู่บนเลนขวา ความรุนแรงของการชนทำให้รถยนต์เสียหายยับเยินเกือบทั้งคัน โดยเฉพาะบริเวณส่วนหัวรถ เนื่องจากภายในอุโมงค์ไม่มีการ์ดเรลหรือเหล็กราวกั้นป้องกันอุบัติเหตุ ทั้งนี้ถนนลอดอุโมงค์ใต้สะพานปองต์เดอลัลมาเป็นถนนลอดอุโมงค์ริมทางเลียบแม่น้ำเพียงแห่งเดียวที่มีเสาตอม่อรองรับหลังคา

ขณะที่ผู้ประสบอุบัติเหตุนอนอยู่ภายในซากรถเบนซ์ บรรดาช่างภาพก็ตามมาถ่ายรูปต่อ ไดอานาที่ได้รับบาดเจ็บสาหัสบ่นพึมพำซ้ำไปซ้ำมาว่า "Oh my God!" (โอ้พระเจ้า!) และ "leave me alone" (ปล่อยให้ฉันอยู่คนเดียว) หลังบรรดาช่างภาพถูกผลักออกไปโดยหน่วยกู้ภัย[11]

โดดี ฟาเยด ที่นั่งอยู่ที่เก้าอี้ผู้โดยสารด้านหลังซ้าย ซึ่งเสียชีวิตทันทีในที่เกิดเหตุ แต่เจ้าหน้าที่ดับเพลิงยังคงพยายามกู้ชีพเขา แต่ต่อมาแพทย์ผู้หนึ่งยืนยันว่าเขาเสียชีวิตแล้วเมื่อ เวลา 1.32 น. ส่วนอ็องรี ปอล คนขับรถ ถูกประกาศว่าเสียชีวิตเมื่อร่างถูกย้ายออกจากซากรถ ศพทั้งสองถูกนำไปเก็บไว้ที่ห้องเก็บศพของกรุงปารีส แอ็งสตีตืตท์ เมดีโก-เลกาล ผลการชันสูตรพลิกศพออกมาว่า ทั้งโดดีและอ็องรี เสียชีวิตจากหลอดเลือดแดงใหญ่เอออร์ตาแตกและกระดูกสันหลังร้าว อ็องรีไขสันหลังแตก และโดดีเสียชีวิตจากไขสันหลังที่บริเวณต้นคอแตก สภาพของทั้งสองศพแหลกเละจนจำเค้าเดิมไม่ได้

เทรเวอร์ รีส์-โจนส์ องครักษ์ที่ติดตามไปด้วย ยังคงมีสติอยู่ แต่ได้รับบาดเจ็บหลายแห่งที่ใบหน้า ส่วนถุงลมนิรภัยหน้ารถยังทำงานตามปกติ แต่ไม่มีผู้โดยสารคนใดในรถคาดเข็มขัดนิรภัย

ไดอานานั่งอยู่เบาะหลังด้านขวาก็ยังคงมีสติอยู่เช่นกัน หมอบลงพื้นบนรถ และหันหลังออกมาให้ถนน มีรายงานว่าช่างภาพคนหนึ่งบรรยายสภาพของไดอานา ณ ขณะนั้น ว่า เลือดไหลออกมาจากจมูกและใบหู ขณะที่กำลังพิงศีรษะกับเบาะรถ เขาพยายามดึงตัวเธอออกจากซากรถยนต์แต่ว่าขาติด เขาจึงบอกกับเธอว่า ความช่วยเหลือกำลังมาถึง และให้ตื่นไว้ แต่ไม่มีคำตอบใดจากไดอานา นอกจากทรงกะพริบตาเท่านั้น

ในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2550 สารคดี Diana: The Witnesses in the Tunnel ที่ออกอากาศผ่านสถานีโทรทัศน์ช่อง 4 ยืนยันว่าบุคคลแรกที่ได้แตะต้องตัวไดอานา คือ นายแพทย์มาลแลซ์[12] ที่ขับรถผ่านที่เกิดเหตุโดยบังเอิญ มาลแลซ์เล่าว่า ไดอานาไม่มีบาดแผลที่พบเห็นได้ภายนอก แต่อยู่ในอาการช็อก ดังนั้นเขาจึงได้ให้ออกซิเจนแก่เธอ

เจ้าหน้าที่ตำรวจลาดตระเวนกลุ่มแรงมาถึงที่เกิดเหตุเมื่อเวลาประมาณ 0.30 น. และช่างภาพทั้งหมด 7 คนในที่เกิดเหตุถูกจับกุมทันที ไดอานาได้รับการช่วยเหลือให้ออกมาจากรถเบนซ์ในเวลาตีหนึ่ง แต่หัวใจล้มเหลว การนวดหัวใจผายปอดกู้ชีพช่วยให้หัวใจกลับมาเต้นอีกครั้ง เธอถูกนำตัวขึ้นไปรักษาบนรถพยาบาล SAMU เมื่อเวลา 1.18 น. และรถพยาบาลได้ขับออกจากสถานที่เกิดเหตุเมื่อ 1.41 น. และถึงโรงพยาบาลปีเต-ซัลแปตริแยร์เวลา 2.06 น.[13] เธอได้รับการรักษาที่ห้องฉุกเฉินของโรงพยาบาล โดยมีนายแพทย์บรูโน ริอู เป็นหัวหน้าทีมแพทย์ถวายการรักษา แต่แม้ว่าทีมแพทย์จะได้ทำการช่วยชีวิตของไดอานาอย่างสุดความสามารถ แต่อาการบาดเจ็บของเธอสาหัสเกินไป หัวใจย้ายตำแหน่งจากอกข้างซ้ายไปข้างขวา ซึ่งมีผลทำให้เส้นเลือดดำในปอดและเยื่อหุ้มหัวใจฉีกขาด ในท้ายสุดการยื้อชีวิตของเธอไร้ผล หลังจากทีมแพทย์ได้ช่วยฟื้นคืนชีพ รวมทั้งการนวดหัวใจภายใน ไดอานาเสียชีวิตเมื่อเวลา 4.00 น.[14] เวลา 5.30 น. นายแพทย์ฌ็อง ปิแอร์ เชอแวเนอมองต์ แถลงข่าวการเสียชีวิตของไดอานา เจ้าหญิงแห่งเวลส์ ที่ห้องประชุมของโรงพยาบาลปีเต-ซัลแปตริแยร์ พร้อมด้วยรัฐมนตรีว่าการกระทรวงการต่างประเทศของฝรั่งเศส และเซอร์ไมเคิล เจย์ เอกอัครราชทูตสหราชอาณาจักรประจำสาธารณรัฐฝรั่งเศส

หลายคนให้ความเห็นว่า ถ้าในคืนนั้นไดอานาคาดเข็มขัดนิรภัย เธออาจได้รับบาดเจ็บน้อยกว่านี้มาก[15] รายงานข่าวในเบื้องต้น อ้างว่า เทรเวอร์ รีส์-โจนส์ เป็นผู้โดยสารในรถเพียงคนเดียวที่คาดเข็มนิรภัย แต่ต่อมาข้อมูลนี้ได้รับการพิสูจน์ว่าไม่ถูกต้อง จากผลการสอบสวนของเจ้าหน้าที่ฝรั่งเศสและอังกฤษสรุปว่า ไม่มีผู้โดยสารในรถคาดเข็มขัดแม้แต่คนเดียวในขณะที่เกิดอุบัติเหตุ[16][17]

ตอนสายของวันที่ 31 สิงหาคม นายแพทย์เชอแวเนอมองต์ พร้อมด้วย ลีออนาล โฌสแป็ง นายกรัฐมนตรีแห่งฝรั่งเศส, เบนาเด็ต ชีรัค (ภริยาของประธานาธิบดีแห่งฝรั่งเศส ฌัก ชีรัก) และเบนาร์ด กูชเน รัฐมนตรีว่าการกระทรวงสาธารณสุขของฝรั่งเศส เดินทางถึงโรงพยาบาลปีเต-ซัลแปตริแยร์ เพื่อถวายความไว้อาลัยครั้งสุดท้ายต่อพระศพของไดอานา หลังจากนั้นคุณพ่อมาร์ติน เดรเปอร์ อัครพันธบริกร (archdeacon) นิกายแองกลิคันแห่งฝรั่งเศส ได้เข้ามาในห้องที่เก็บศพ และได้สวดบทสรรเสริญจากหนังสือสวดมนต์ Book of Common Prayer

เวลา 14.00 น. วันเดียวกัน เจ้าชายชาลส์ เจ้าชายแห่งเวลส์ (อดีตสามีของไดอานา) พร้อมด้วยพี่สาวของไดอานา เลดีซาราห์ แมคคอร์ควอเดล และเลดีเจน เฟลโลวส์ เดินทางถึงนครปารีสเพื่อรับศพของไดอานากลับเกาะอังกฤษ