El Vasa pesaba demasiado en la parte alta, con poco lastre y demasiados cañones pesados en las cubiertas superiores. El 10 de agosto de 1628, una ráfaga de viento hizo que el barco escorara y el agua entró por las portas de los cañones, que estaban abiertas. Se hundió a los pocos minutos de salir del puerto de Estocolmo y murieron entre 30 y 50 personas.

El agua fría y salobre del puerto de Estocolmo carece del gusano de barco (teredo navalis), que normalmente destruye los cascos de madera. La baja salinidad y la oscuridad conservaron la madera durante más de 300 años. Tras el rescate, el barco se trató con polietilenglicol durante 17 años.