1952年12月5日，逆温层笼罩伦敦，城市处于高气压中心位置，垂直和水平的空气流动停止，空气寂静无风。当时伦敦冬季多使用燃煤采暖，市区内还分布有许多以煤为主要能源的火力发电站。由于逆温层的作用，煤炭燃烧产生的二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、粉尘等污染物在城市上空蓄积，引发了连续数日的大雾降临伦敦。伦敦市中心空气中的烟雾量几乎增加了10倍前所未见的浓雾弥漫全城，能见度节节下降。烟雾还钻进了建筑物，一个剧院正在上演的歌剧由于观众看不见舞台而被迫中止。电影院里的观众也看不到银幕。由于毒雾的影响，街上行人的衣服和皮肤上沾满了肮脏的微尘，公共汽车的挡风玻璃蒙上烟灰，只能开着雾灯艰难地爬行。公路和泰晤士河水路交通都几近瘫痪，警察不得不手持火把在街上执勤。患呼吸道疾病的人数激增，而浓雾使救护车根本动弹不得。在此后几天里，市内某些地区的能见度曾经降到零，人们连自己的脚都看不到。资料显示，当时，伦敦的警察使用燃烧着的火炬，以便在烟雾中能看清别人，并能被人看到。伦敦的交通几乎瘫痪，在烟雾弥漫的第四天，一辆辆双层巴士只能借助于雾灯缓慢地在市区行驶。

正在伦敦举办的一场牛展览会上，一群获奖牛首先对烟雾产生了反应，表现为呼吸困难、张口伸舌，350头牛中有52头严重中毒，14头奄奄一息，其中1头当场死亡，另有12头病重牛送往屠宰场。不久，伦敦市民也对毒雾产生了反应，许多人感到呼吸困难、眼睛刺痛，发生哮喘、咳嗽等呼吸道症状的病人急剧增加，进而死亡率陡增。烟的气味渐渐变得很强烈，风太弱，不能刮走烟筒里排出的烟，烟筒的烟甚至倒流回屋子里，让呆在家里也非常难受。烟和湿气积聚在离地面几千米的大气层里。人们开始向他们的邻居相互叫苦，汽车司机嘟嘟囔囔地咒骂着烟雾。

1952年12月6日，情况更坏。烟雾遮住了整个天空，城市处于反气旋西端。中午温度降到一2℃，同时相对湿度升到100%，大气能见度仅为几十米。所有飞机的飞行都取消了，只有最有经验的司机才敢驾驶汽车上路。步行的人沿着人行道摸索着走动。风速表不转动，读数为零。由于空气流动太慢，工厂的锅炉、住家的壁炉及其他冒烟的炉子往空气内增添着毒素。雾滴混杂上烟里的一些气体和颗粒，雾不再是洁净的雾了，水滴也不再是清洁的小水滴了，而是“烟雾”的混合物。烟雾弥漫全城，侵袭着一切有生命的东西。当人们的眼睛感觉到它时，眼泪就会顺着面颊流下来。每吸一口气就吸入肺腔的污染气体。凡是有人群的地方，都可以听到咳嗽声。学校里讲课的人不得不提高声调，以超过干咳声和哮喘声。

为了视察英国伦敦烟雾事件，美国卫生教育部大气污染局局长普兰特博士1952年12月6日飞抵伦敦。他把在伦敦观察到的情况做了记录并发表在杂志上。他写道：“因伦敦机场烟雾弥漫，所以飞机只得在伦敦南面32公里的加多意奇机场着陆。在机场上，刚一推开机舱门，一股硫黄和煤烟的气味迎面扑来。有人说如果晚上在伦敦的街头散步，口中经常有金属的味道，就跟吃了一口金属碎屑似的，鼻子咽喉以及眼睛都感受到刺激。这种对眼镜的刺激与洛杉矶不一样，很像剥开葱皮时眼睛所感到的那种刺激。在12月6日我们到达的那一天傍晚，旅馆外面的能见度大约只有4~5米。行人中约有三分之二用围巾、口罩、手帕等捂着鼻子。时值寒冬，使人咳嗽的灰褐色的烟雾笼罩着一切。”

12月7日和8日，伦敦的天气仍然没有好转。烟雾厉害极了。几天以来曾享受来自北方的爽快和风的老年人和病人，现在在这污浊的空气中感到呼吸非常困难，甚至一些青年人也感到不适。对于患有呼吸器官疾病的人和气喘患者来说，这烟雾简直是一种苦刑。伦敦的医院里挤满了病人，全都是烟雾的受难者，并且有许多人因此而死亡。