Po 165 minutach czujniki promieniowania wykrywają znaczne podwyższenie radioaktywności – poziom promieniowania wody w układzie reaktora przekroczył 350 razy dopuszczalny dla normalnych środowisk, cały budynek reaktora (blok TMI-2) został poważnie skażony. O 7:00 ogłoszono lokalny alarm w elektrowni, a o 7:24 stan zagrożenia. Radio w Harrisburgu podało wiadomość o problemach w elektrowni o 8:25, a prasa podała stan zagrożenia o godzinie 9:00. Obsługa nie zdawała sobie sprawy, iż poziom wody obiegu głównego jest zbyt niski, a rdzeń reaktora w ponad połowie jest odsłonięty. Kilku pracowników odczytało dane bezpośrednio z termopar reaktora, a po około siedmiu godzinach od alarmu do obiegu głównego wpompowano wodę, uzupełniając jej ilość do bezpiecznego poziomu. Zawór bezpieczeństwa otworzył się, obniżając ciśnienie gazów w obiegu.
Po około dziewięciu godzinach, prawdopodobnie w wyniku zamykania się zaworu bezpieczeństwa, zgromadzony wodór w osłonie budynku uległ samozapłonowi, fakt ten jednak pozostał niemal niezauważony przez obsługę, która huk eksplozji utożsamiła ze spięciem.