Il disastro del Vajont si verificò il 9 ottobre 1963. Una frana si staccò dal monte Toc e precipitò nel bacino provocando un'onda che superò la diga e distrusse il paese di Longarone causando 2 000 vittime.

La variazione della pressione dell'acqua sul versante del monte Toc fu la causa del disastro.

La diga resse all'impatto e alle sollecitazioni che furono quasi dieci volte superiori a quelle prevedibili durante il normale esercizio, dimostrazione quindi dell'eccellente professionalità di chi ha progettato ed eseguito l'opera della diga, e realizzazione a regola d'arte da parte dell'impresa costruttrice. Grazie al lavoro svolto dall'ISMES (Istituto Sperimentale Modelli e Strutture) di Bergamo, su un modello alto 7,6 metri in scala 1:35 con 176 martinetti idraulici, si simulava la spinta idrostatica dell'acqua nella diga e sulle imposte. I risultati delle varie prove, permisero di verificare per simulazione, in modo preciso, la resistenza della diga a vari sforzi di sollecitazione, fino alla rottura del modello.

Tuttavia l'onda provocata dalla frana la scavalcò riversandosi nella valle del Piave.

La diga quindi non crollò ma riportò danni nella parte superiore; la violenza dell'acqua strappò via il ponte carrabile soprastante gli scivoli delle sedici luci sfioranti. Furono inoltre spazzate via la passerella sospesa di servizio, la palazzina a due piani dei comandi centralizzati, la stazione di trasformazione della sottostante centrale idroelettrica del Colomber, i numerosi camminamenti posti sul paramento di valle della diga, la casa del guardiano, le ultime baracche del cantiere, il palazzo degli uffici, oltreché il ponte canale, e il ponte stradale posti poco più a valle.