3 мая 1937 года "Гинденбург" отправился в очередной рейс. На борту было 97 членов экипажа и пассажиров, стоимость билетов для которых равнялась приблизительно четырёмстам долларам. В багажных отделениях было около 17 609 почтовых отправлений, 148 килограммов груза и 879 килограммов багажа.
Вылетев из Германии в 20:15 по центральноевропейскому времени и преодолев Атлантику, 6 мая 1937 года "Гинденбург" показался над Манхэттеном. Желая угодить пассажирам и продемонстрировать американцам дирижабль, капитан корабля провёл цеппелин настолько близко к смотровой площадке Эмпайр-стейт-билдинг, что пассажиры и посетители площадки могли помахать друг другу.
Покружив над городом, дирижабль направился в сторону базы Лейкхерст, где он должен был совершить посадку, и к 16:00 прибыл к ней. Однако с запада к посадочному полю приближался обширный грозовой фронт, и начальник базы, известный дирижаблист Чарльз Розендаль, не рекомендовал капитану "Гинденбурга" выполнять посадку. Некоторое время цеппелин двигался вдоль побережья, ожидая разрешения на посадку, в то время как грозовой фронт плавно уходил на север. В 18:12 "Гинденбург" получил радиограмму из Лейкхерста с сообщением о том, что погодные условия допускают посадку и снова взял курс на базу. В 19:08 он получил ещё одно сообщение из Лейкхерста с рекомендацией провести посадку как можно скорее.
В 19:11 дирижабль снизился до 180 метров. С земли репортаж о прибытии дирижабля вёл американский журналист Герберт Моррисон. В 19:20 дирижабль уравновесили, после чего с его носа сбросили причальные канаты. В 19:25 в районе кормы, перед вертикальным стабилизатором над 4-м и 5-м газовыми отсеками, произошло возгорание. В течение 15 секунд огонь распространился на 20-30 метров в сторону носовой части цеппелина, после чего прозвучал первый взрыв. Через полминуты после возгорания "Гинденбург" упал на землю рядом со швартовочной мачтой.
При крушении погибли 36 человек: 13 пассажиров, 22 члена экипажа и один сотрудник наземной службы. Эрнст Леманн, управляющий компании "Deutsche Zeppelin Reederei", скончался на следующее утро. Часть команды во главе с капитаном воздушного судна Максом Пруссом были прижаты к земле пылающими обломками горящего корпуса. Сильно обожженным, им все же удалось выбраться из-под обломков.
Крушение "Гинденбурга" фактически стало концом коммерческого использования дирижаблей в транспортных целях. "Deutsche Zeppelin Reederei" отменила все запланированные рейсы в США и Бразилию. Правительство Германии запретило пассажирские перевозки на воздушных судах, разрешения выдавались только для перевозки почты и посещения авиашоу на территории Германии. Заграничные полёты с любыми целями были запрещены.
18 июня 1937 года LZ 127 "Граф Цеппелин" был переведён во Франкфурт, где был размещён в качестве огромного музейного экспоната на выставке, посвящённой графу фон Цеппелину и его работам. Следующий дирижабль в серии, LZ 130, хотя и был достроен, однако использовался только в военных и пропагандистских целях. Весной 1940 года по приказу министра авиации Германа Геринга оба дирижабля были отданы на слом.

Согласно официальному отчёту немецкой следственной комиссии, расследовавшей катастрофу, в хвостовой части корпуса мог произойти обрыв одной из стальных проволочных расчалок, проходивших в виде сети по внутренней части каркаса и служивших для передачи на каркас давления газовых баллонов. В результате разрыва был повреждён 4-й или 5-й внутренний газовый баллон, заполненный водородом, что вызвало утечку газа и образование в пространстве между баллонами и наружной оболочкой взрывоопасной смеси с атмосферным воздухом. После сбрасывания посадочных канатов оболочка дирижабля из-за худшей электропроводности её материала была заземлена хуже, чем его корпус. Это привело к возникновению разницы потенциалов между частями наружной оболочки и каркасом. В условиях повышенной влажности участков оболочки, вызванной предшествовавшим аварии проходом дирижабля через грозовой фронт, эта разница потенциалов вызвала искру, воспламенившую образовавшуюся воздухо-водородную смесь. К сходным выводам пришли и американские эксперты.
Согласно впервые выдвинутой американским историком-любителем Адольфом Хёлингом версии, "Гинденбург" был уничтожен взрывом мины с часовым механизмом. Эта мина была установлена техником Эриком Шпелем на дне баллона № 4. Взрыв должен был произойти после причаливания, когда пассажиры должны были покинуть дирижабль. Но так как "Гинденбург" сделал "лишний" круг, часовой механизм сработал до их высадки. Сам же Шпель выпрыгнул из горящего дирижабля, но вскоре скончался в госпитале от полученных ожогов. Этой же версии придерживался бывший начальник IV управления РСХА (гестапо) Генрих Мюллер.