15 marca 1963 roku ponownie uruchomiony został reaktor okrętu, a 23 marca rozpoczęły się testy wyposażenia jednostki oraz sprawdziany wyszkolenia – nowej w sporej mierze – załogi. Testy w obu zakresach wypadły niezadowalająco – zanotowano 456 braków i niedociągnięć, z których 186 musiało być skorygowane przed wypłynięciem okrętu w morze. Ostatecznie, 9 kwietnia 1963 roku „Thresher” opuścił stocznię, udając się w morze celem przeprowadzenia pierwszych testów.
10 kwietnia 1963 roku 220 mil morskich na wschód od Bostonu USS „Thresher” (SSN-593) zatonął w trakcie przeprowadzania testów morskich. Podczas przeprowadzania testów, towarzyszył mu okręt ratowniczy USS „Skylark” (ASR-20). Drugiego dnia testów rano, operując na głębokości peryskopowej, okręt rozpoczął pierwsze powolne zanurzanie do głębokości testowej, o godzinie 8:07 meldując osiągnięcie połowy testowej głębokości zanurzenia. O godzinie 8:53 na „Skylarku” odebrano informacje z „Threshera” o kontynuowaniu zanurzania do głębokości testowej, o 9:13 zaś komunikat o niewielkich problemach i podjęciu próby przedmuchania zbiorników balastowych, po czym okręt nie odpowiadał na wezwania ze „Skylarka”. Następnymi dźwiękami odebranymi na pokładzie okrętu ratowniczego były odgłosy niszczenia kadłuba oraz trwające 20-30 sekund odgłosy uchodzenia skompresowanego powietrza.