El experimento se descontroló rápidamente. Los prisioneros sufrieron —y aceptaron— un tratamiento
sádico y humillante a manos de los guardias, y al final muchos mostraban graves trastornos emocionales.
Tras un primer día relativamente anodino, el segundo día se desató un motín. Los guardias se prestaron como voluntarios para hacer horas extras y disolver la revuelta, atacando a los prisioneros con extintores sin la supervisión directa del equipo investigador. A partir de ese momento, los guardias trataron de dividir a los prisioneros y enfrentarlos situándolos en bloques de celdas «buenos» y «malos», para hacerles creer que había «informantes» entre ellos. Esta treta fue muy efectiva, pues no se volvieron a producir rebeliones a gran escala. De acuerdo con los consejeros de Zimbardo, esta táctica había sido empleada con éxito también en prisiones reales estadounidenses.
Los «recuentos» de prisioneros, que habían sido ideados inicialmente para ayudar a los prisioneros a familiarizarse con sus números identificativos, evolucionaron hacia experiencias traumáticas en las que los guardias atormentaban a los prisioneros y les imponían castigos físicos que incluían ejercicios forzados.
Se abandonaron rápidamente la higiene y la hospitalidad. El derecho de ir al lavabo pasó a ser un privilegio que podía, como frecuentemente ocurría, ser denegado. Se obligó a algunos prisioneros a limpiar retretes con sus manos desnudas. Se retiraron los colchones de las celdas de los «malos» y también se forzó a los prisioneros a dormir desnudos en el suelo de hormigón. La comida también era negada frecuentemente como medida de castigo. También se los obligó a ir desnudos como humillación.
El propio Zimbardo ha citado su propia implicación creciente en el experimento, que guió, y en el que participó activamente. En el cuarto día, él y los guardias reaccionaron ante el rumor de un plan de huida intentando trasladar el experimento a un bloque de celdas reales en el departamento local de policía porque era más «seguro». La policía rechazó su petición, alegando preocupaciones por el
seguro y Zimbardo recuerda haberse enfadado y disgustado por la falta de cooperación de la policía.
A medida que el experimento evolucionó, muchos de los guardias incrementaron su sadismo, particularmente por la noche, cuando pensaban que las cámaras estaban apagadas. Los investigadores vieron a aproximadamente un tercio de los guardias mostrando tendencias sádicas «genuinas». Muchos de los guardias se enfadaron cuando el experimento fue cancelado.
Un argumento que empleó Zimbardo para apoyar su tesis de que los participantes habían
internalizado sus papeles fue que, cuando se les ofreció la «libertad condicional» a cambio de toda su paga, la mayoría de los prisioneros aceptó el trato. Pero cuando su libertad condicional fue «rechazada», ninguno abandonó el experimento. Zimbardo afirma que no tenían ninguna razón para seguir participando si eran capaces de rechazar su compensación material para abandonar la prisión.
Los prisioneros empezaron a mostrar desórdenes emocionales agudos. Un prisionero desarrolló un
sarpullido psicosomático en todo su cuerpo al enterarse de que su «libertad condicional» había sido rechazada (Zimbardo la rechazó porque pensaba que se trataba de un ardid para que lo sacaran de la prisión). Los llantos y el
pensamiento desorganizado se volvieron comunes entre los prisioneros. Dos de ellos sufrieron traumas tan severos que se los retiró del experimento y fueron reemplazados.
Uno de los prisioneros de reemplazo, el prisionero número 416, quedó horrorizado por el tratamiento de los guardias y emprendió una
huelga de hambre. Se lo recluyó en
confinamiento solitario en un pequeño compartimento durante tres horas en las que lo obligaron a sostener las salchichas que había rechazado comer. El resto de los prisioneros lo vieron como un alborotador que buscaba causar problemas. Para explotar este aspecto, los guardias les ofrecieron dos opciones: podían o bien entregar sus mantas o dejar al prisionero número 416 en confinamiento solitario durante toda la noche. Los prisioneros escogieron conservar sus mantas. Posteriormente Zimbardo intervino para hacer que 416 volviera a su celda.
Zimbardo decidió terminar el experimento prematuramente cuando
Christina Maslach, una estudiante de posgrado no familiarizada con el experimento, objetó que la «prisión» mostraba unas pésimas condiciones, tras ser introducida para realizar entrevistas. Zimbardo se percató de que, de las más de cincuenta personas externas al experimento que habían visto la prisión, ella fue la única que cuestionó su moralidad. Tras apenas seis días, ocho antes de lo previsto, el experimento fue cancelado.
