חמש עשרה דקות מתחילת הטיסה פגעו החוטפים בשלושה אנשים לפחות כשנכנסו בכוח לתא הטייס, וגברו על הטייס ועל הקצין הראשון. מוחמד עטא, חבר ארגון אל-קאעידה שרכש הכשרה בטיס, השתלט על הטסת המטוס. פקחי הטיסה הבחינו כי הטיסה במצוקה לאחר שצוות המטוס חדל מלהגיב לפניותיהם. הם הבינו שהמטוס נחטף לאחר שמסרים שהעביר עטא לנוסעי המטוס במערכת הכריזה הפנימית הגיעו לפקחי הטיסה ברשת הקשר החיצונית. שתיים מדיילות המטוס פנו לאמריקן איירליינס, וסיפקו מידע על החוטפים ועל הפגיעות בנוסעים ובצוות הטיסה.

המטוס התנגש במגדל הצפוני של מרכז הסחר העולמי בשעה 08:46 (זמן מקומי). בפגיעה נהרגו כל 92 האנשים שהיו על המטוס, כולל החוטפים. אנשים רבים ברחובות היו עדים להתנגשות, ואדם בשם ז'ול נודט אף הנציח את רגע הפגיעה במצלמתו. עוד לפני אישור הידיעה על החטיפה, כבר החלו סוכנויות החדשות לדווח על האירוע והעריכו כי מדובר בתאונה. הפגיעה והאש גרמו בהמשך למבנה כולו לקרוס, דבר אשר הביא לאלפי קורבנות נוספים. במהלך העבודות באתר מרכז הסחר העולמי שנחרב זיהו הפועלים עשרות שרידים של קורבנות טיסה 11, אך חלקי גופות רבים לא היו ניתנים לזיהוי.