Según el plan previsto, la «zambullida final» de la nave espacial comenzó a las 08.37 UTC con una maniobra de 5 minutos para posicionar el instrumento INMS para un muestreo óptimo de la atmósfera, que transmitió datos científicos en tiempo casi real hasta el final de la misión.

A las 11.53 UTC Cassini entró en la atmósfera de Saturno. Sus propulsores se activaron al 10% de su capacidad para mantener la estabilidad direccional, permitiendo que la antena de alta ganancia de la nave espacial permaneciera apuntando a la Tierra y haciendo posible la transmisión continua de datos.

Un minuto después, los propulsores de la Cassini operaban al 100% de su capacidad. En ese momento, las fuerzas atmosféricas anulan la capacidad de los propulsores para mantener el control de la orientación de la nave espacial, y la antena de alta ganancia pierde su orientación hacia la Tierra. A las 11.55 se recibió la última señal, según informó la NASA en su cuenta de Twitter.

En este momento, que según los científicos de la misión tuvo lugar a unos 1.510 kilómetros por encima de las nubes de Saturno, la comunicación de la nave espacial cesó, concluyendo la misión.  La nave espacial debió romperse como un meteorito momentos después. «Cassini es ahora parte del planeta que estudió», dijo la NASA.