Σύμφωνα με μεταγενέστερες μετρήσεις, η σεισμική δόνηση ήταν μεγέθους 7,2 βαθμών της κλίμακας Ρίχτερ και εντάσεως 10 βαθμών της κλίμακας Μερκάλι. Εκδηλώθηκε στις 4:19 το πρωί της 4 Φεβρουαρίου του 1867 (23 Ιανουαρίου με το παλαιό ημερολόγιο), την ώρα του βαθέως ύπνου. Του κυρίου σεισμού είχαν προηγηθεί μερικές άλλες σεισμικές δονήσεις, μικρότερου μεγέθους. Σύμφωνα με μαρτυρίες, λίγο πριν από την εκδήλωση του κυρίου σεισμού ένα άλογο στο Αργοστόλι έσπασε τα δεσμά του και άρχισε να τρέχει αλαφιασμένο.

Από τον σεισμό 12 χωριά της δυτικής Κεφαλονιάς καταστράφηκαν ολοκληρωτικά (Κατωή, Ανωή, Νισοχώρι, Θυννιός, Δελλαπορτάτα, Κουραλάτα, Μεταξάτα, Καλλιγάτα, Σχοινιά, Αγία Θέκλα Ποριοράτα και Βαρόσκες), ενώ από το Ληξούρι άντεξαν μόνο δύο σπίτια. 224 άνθρωποι έχασαν τη ζωή τους, 2.612 σπίτια κατέρρευσαν και 2.946 έπαθαν βλάβες. Μικρότερες ήταν οι βλάβες στο Αργοστόλι, όπου επλήγη κυρίως η παραλιακή ζώνη. Σημειώθηκαν κατολισθήσεις και διαρρήξεις εδαφών, ενώ παρατηρήθηκε κι ένα ανεπαίσθητο τσουνάμι.

Ο σεισμός έγινε αισθητός στην κεντρική και νότιο Ελλάδα, τη Νότια Ιταλία και την περιοχή της σημερινής Αλβανίας. Μικρής έκτασης ζημιές προκλήθηκαν στην Ιθάκη, τη Λευκάδα, τη Ζάκυνθο, την Κέρκυρα και τη Δυτική Στερεά Ελλάδα.

Οι μετασεισμοί συνεχίστηκαν επί μήνες στην Κεφαλονιά και μέχρι το τέλος Απριλίου δεν πέρασε μέρα χωρίς σεισμούς. Μερικοί από αυτούς ήταν τόσο ισχυροί, που έγιναν αισθητοί και στην ηπειρωτικοί Ελλάδα. Ο καταστροφικός σεισμός προκάλεσε μεταναστευτικό ρεύμα, ενώ μεγάλη εκστρατεία υπέρ της ενίσχυσης των σεισμοπλήκτων πραγματοποιήθηκε με πρωτοβουλία της κυβέρνησης Κουμουνδούρου και από Κεφαλλονίτες της διασποράς.