15 января 2012 года между 21:40 и 22:10 МСК на 1097-м зафиксированном витке при снижении в плотных слоях атмосферы АМС «Фобос-Грунт» прекратила своё существование вследствие аэродинамического перегрева, механического разрушения и сгорания. До поверхности Земли предположительно могли долететь некоторые несгоревшие фрагменты АМС из тугоплавких материалов общей массой около 200 кг, упав в акватории Тихого океана около 21:46 МСК,[46] приблизительно в 1000 км западнее чилийского острова Веллингтон.[47][48] При этом компоненты токсичного топлива (азотный тетраоксид и несимметричный диметилгидразин) КА сгорели в плотных слоях атмосферы Земли на высоте порядка 100 километров[49] — топливные баки АМС изготовлены из алюминиевого сплава с достаточно низкой температурой плавления.
Факт прекращения существования АМС установлен по её отсутствию на расчётной орбите (по данным от средств контроля космического пространства) в условиях отсутствия средств визуального и иного контроля в районе падения АМС.