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Dass sich eine neue Phase von Aktivität ankündigte, bezeugt ein schweres Erdbeben am 5. Februar 62, das möglicherweise durch die Sackung einer Scholle des Herddaches oder das Aufreißen einer Spalte im Untergrund verursacht wurde. Das Datum ergibt sich aus dem Abbruch der Quittungstafeln des Lucius Caecilius Iucundus. Die Gefahr einer kommenden Eruption wurde nicht erkannt. Als der Vesuv im Jahre 79 ausbrach, waren die Wiederherstellungsarbeiten in Pompeji und anderswo noch nicht beendet.

Durch das Erdbeben lockerte sich der Pfropfen, der den Schlot des Vulkans verstopfte. Dessen Widerstand wurde durch die eingeschlossenen aufsteigenden Gase und durch das stetige Anwachsen des Drucks in der Magmakammer immer mehr Kraft entgegengesetzt. Vermutlich am 24. August 79 gegen 13 Uhr überwand der Innendruck den Widerstand des Pfropfens, der schlagartig zertrümmert und herausgeschleudert wurde, wodurch die Spitze des Vulkans weggesprengt wurde.

Während der folgenden Stunden stieg eine Eruptionssäule aus heißem Wasserdampf, Kohlenstoff und vulkanischem Auswurf auf. Die 700–800 °C heiße Magma bewegte sich mit Überschallgeschwindigkeit aufwärts. Neben Vulkanasche, Bimssteinen und Lapilli wurden auch Dolomite aus der Magmakammer ausgeworfen – ein Beleg dafür, dass der Schlot bis mehrere Kilometer tief hinab leer geschossen wurde. Danach blies ein Gasstrahl das zerriebene Gestein der glühenden Schlotwände bis hinauf in die Stratosphäre. Der Wind trug leichtere vulkanische Produkte mit einem Volumen von insgesamt etwa einem Kubikkilometer nach Südosten. In dieser Richtung lagen die Orte Pompeji, Oplontis, Stabiae und viele Landhäuser und Villen, auf die ein dichterer Niederschlag aus Asche und Bimssteinen fiel. Zwischen dem feinen Auswurfmaterial, welches eher herunterrieselte, schlugen schwerere Gesteinsbrocken mit 200 km/h auf die Erde. Nach etwa einer Stunde war der Himmel verdüstert und die Sicht stark eingeschränkt. Die Eruptionssäule hatte mittlerweile eine Höhe von etwa 20 km erreicht. Archäologische Funde belegen, dass einige Menschen in den bedrohten Orten während des Ausbruchs ihre Häuser verließen. Wie viele sich retten konnten, ist unbekannt; eine Flucht war wohl nur in den ersten Stunden möglich.

Am Nachmittag, etwa fünf Stunden nach dem Beginn des Ausbruchs, war Pompeji mit einer mehr als 50 cm dicken Schicht vulkanischen Materials bedeckt und ein Teil der Dächer der halbverlassenen Stadt war eingebrochen. Der leere Schlot des Vulkans stürzte mehrfach ein und wurde anschließend durch heftige Explosionen wieder freigeräumt, die Asche-Eruptionen nahmen zu. Gegen Mitternacht, etwa 12 Stunden nach dem Beginn, erreichte die erste Eruptionsphase ihren Höhepunkt. Er war vermutlich von heftigen vulkanischen Erdbeben begleitet, die Eruptionssäule war nun 30 km hoch.

Kurz nach Mitternacht begann die Eruptionssäule zusammenzubrechen. Der erste der nun entstehenden pyroklastischen Ströme wälzte sich über Herculaneum und tötete Menschen, die am Strand in Bootshäusern Schutz gesucht hatten. Der Zusammenbruch hatte mehrere Phasen und erzeugte insgesamt sechs, auch mit schwerem Material stark gesättigte Ströme, deren Wucht die aus den Fallablagerungen herausragenden Häuser zerstörte und den letzten Überlebenden in Pompeji den Tod brachte. Die zweite Eruptionsphase endete am Morgen des 25. August mit der sechsten Glutlawine. Nach dem Auswurf enormer Massen pyroklastischen Materials waren der Schlot und der obere Teil der Magmakammer leer; das Dach der Kammer stürzte ein. Dadurch entstand eine Caldera, in der sich später der Kegel des heutigen Vesuv bildete.

In den 18 Stunden des Ausbruches hatte der Vulkan mehr als 3,3 km³ Tephra (Bimsstein, Felsgesteine und Asche) ausgeworfen. Die Pompeji-Eruption erreichte damit einen Wert von 5 auf der Skala des Vulkanexplosivitätsindex.^[1] Ascheregen und pyroklastische Ströme häuften eine bis zu 20 Meter hohe Schicht über den zerstörten Ortschaften auf. Die Gesamtzahl der Todesopfer wird mit bis zu 5000 angegeben. Die Überreste von 1150 Menschen sind allein in Pompeji ausgegraben worden. Das vulkanische Material verfestigte sich im Laufe der Zeit zu einer harten, durchgehenden Masse von Tuffstein.^[2]