Отход корабля задержался до позднего вечера 25 ноября 1120 г., когда остальные суда английского короля уже находились в Ла-Манше. Вильгельм приказал матросам ускорить греблю, чтобы наверстать упущенное время и догнать королевский флот. Но при выходе из эстуария Сены, неподалеку от Барфлера, «Белый корабль» в темноте наткнулся на полускрытую в воде скалу и быстро пошел ко дну. Вильгельму, по легенде, удалось воспользоваться спасательной лодкой, но при попытке спасти свою сестру Матильду Першскую и других придворных он также разбил лодку и утонул. В катастрофе погибли все находящиеся на борту «Белого корабля». Согласно легенде, выжил лишь один человек — мясник из Руана по имени Берольд, который и рассказал историю гибели судна.
Гибель принца Вильгельма, единственного законного сына и наследника короля Генриха I, резко осложнила династическую проблему в англо-нормандской монархии. Вскоре после этого в Нормандии вновь вспыхнуло восстание, поддержанное королем Франции и графом Анжуйским, с целью возвести на нормандский престол Вильгельма Клитона, племянника Генриха I. Английский король первоначально остановил выбор своего наследника на Стефане Блуаском, счастливо избежавшем плаванья на «Белом корабле», однако в 1125 г. решил провозгласить наследницей свою дочь Матильду. Перспектива передачи престола женщине вызвала недовольство среди части англо-нормандских аристократов и после смерти Генриха I в 1135 г. в стране началась затяжная гражданская война между сторонниками Стефана Блуаского и Матильды.