Эта последняя переделка дворца и стала причиной его гибели. В восемь часов вечера 17 декабря 1837 года в Зимнем произошел пожар, продолжавшийся в течение трех дней и полностью уничтоживший все здание. От былого великолепия остались только обгорелые стены и своды первого этажа. Расследование причин пожара установило, что виной всему «был отдушник, оставленный не заделанным при последней переделке большой Фельдмаршальской залы». Злополучный отдушник «находился в печной трубе, проведенной между хорами и деревянным сводом залы Петра Великого, расположенной бок о бок с Фельдмаршальской, и прилегал весьма близко к доскам задней перегородки. В день несчастного происшествия огонь выкинуло из трубы, после чего пламя сообщилось через этот отдушник доскам хоров и свода залы Петра Великого; ему предоставляли в этом месте обильную пищу деревянные перегородки; по ним огонь перешел к стропилам. Эти огромные стропила и подпорки, высушенные в течение 80 лет горячим воздухом под накаливаемой летним жаром железной крышей, воспламенились мгновенно».
Показания начальника дворцового караула, дежурившего в тот вечер в Фельдмаршальском зале Зимнего, несколько отличаются от приведенного официального объяснения причины пожара. Барон Э. Мирбах рассказывал: «Увидев дым, я спросил старого лакея, где горит. Он отвечал: „Даст Бог ничего, дым внизу в лаборатории, где уже два дня, как лопнула труба; засунули мочалку и замазали глиною; да какой это порядок. Бревно возле трубы уже раз загоралось, потушили и опять замазали; замазка отвалилась, бревно все тлело, а теперь уже и горит…“»
Действительно, на первом этаже Зимнего дворца, под Фельдмаршальским и Петровским залами, располагалась аптека, в которой круглосуточно топилась печь. Искры от раскаленной печи через каменный дымоход между стенами попали на внутреннюю деревянную обшивку Петровского зала. Огонь заметили слишком поздно, когда он вырвался через отдушину из полностью выгоревшего пространства между стенами и перекинулся на деревянные смоляные стропила. Сильное пламя мгновенно охватило перекрытия, и дворец запылал.
Вот что писал очевидец этого пожара поэт В. А. Жуковский: «…посреди Петербурга вспыхнул вулкан. Сначала объята была пламенем та сторона дворца, которая обращена к Неве; противоположная сторона представляла темную громаду, над коею пылало и дымилось ночное небо: отсюда можно было следовать за постепенным распространением пожара; можно было видеть, как он, пробираясь по кровле, проникнул в верхний ярус; как в среднем ярусе все еще было темно (только горело несколько ночников, и люди бегали со свечами по комнатам), в то время как над ним все уже пылало и разрушалось…»