Экипаж 200 авиаотряда реактивных самолетов произвел взлет в а/п Хабаровск в 14:45 мск (21:45 местн. вр.).
    Прогноз погоды по маршруту Хабаровск-Иркутск был: облачность 7-10 баллов, кучево-дождевая и слоисто-дождевая высотой 300-600 м от уровня а/д Хабаровск, и средняя, верхняя. На участке Биробиджан-Магдагачи – фронтальные грозы с дождем. Видимость 4-10 км, в дожде 2-4 км. В конце маршрута облачность 3-7 баллов, верхняя.
    Через 5 минут после взлета экипаж получил указание набирать эшелон 9 000 м. Встретив мощную кучевую облачность по маршруту полета в 150 км от аэропорта и не имея достаточной высоты для ее преодоления, экипаж с разрешения руководителя полетов начал выполнять вначале правый, затем левый вираж для набора заданной высоты.
    В 15:00 в аэропорту произошла пересменка. Новый руководитель полетов по запросу экипажа, который доложил набор 8 600 м, из-за мощной кучевой облачности и с согласия ВВС разрешил набор 11 000 м с последующим выходом на Архару без захода в облачность и снижением до 9 000 м после ее пролета. Экипаж набрал высоту 11 000 м, но из облаков не вышел и запросил дальнейших указаний. РП после получения согласия от ВВС дал указание занять эшелон 12 000 м. В 15:12 экипаж доложил: «11 600, в облаках, звезды просматриваются» .
    В 15:14 экипаж доложил занятие 12 000 м выше облаков, и что впереди видит мощно-кучевые облака. КВС доложил, что попытается их обойти, а если не удастся – вернется в Хабаровск. В 15:18 на запрос РДС экипаж ответил: «Минутку, минутку». На повторный запрос в 15:19 экипаж ответил также. Оба этих ответа переданы возбужденным голосом. Видимо, самолет находился в особо сложных условиях. На этом связь прервалась и на повторные вызовы экипаж не отвечал. Позднее обломки самолета были обнаружены в густом лесу в 215 км северо-западнее а/п Хабаровск (координаты - 49° 48’ СШ, 132° 57’ ВД).
    Столкновение с землей произошло под углом 60° с незначительным правым креном между 15:20 и 15:25. После удара самолет взорвался и полностью разрушился. Разброс обломков составил 450 м по направлению полета. Разрушения в воздухе не было. Согласно докладам экипажей Ту-16, следовавших севернее трассы на удалении 150-200 км, на высотах 11 000- 12 100 м имела место болтанка и сильные вертикальные потоки в верхних слоях облачности. С учетом полетного веса 66 тонн самолет на номинальном режиме работы двигателей мог набрать высоту не более 11 700 м. Высоту 12 000 м, которая превышает практический потолок самолета для данного полетного веса при номинальном режиме, самолет мог набрать только за счет использования повышенного режима работы двигателей.
    Фактическая погода в районе Биробиджан-Архара-Магдагачи была сложной и характеризовалась сильными восходящими потоками и мощно-кучево-дождевыми облаками на высоте свыше 12 000 м, что прогнозом погоды не было предусмотрено. Оказавшись на высоте выше практического потолка номинального режима при данном полетном весе, самолет под воздействием относительно небольших вертикальных потоков мог быть переведен на критические углы атаки, потерять скорость и свалиться. При столкновении с землей шасси были выпущены. Возможно, выпадение шасси имело место в момент перевода самолета восходящими потоками на большие углы атаки и ускорило потерю скорости перед сваливанием. Двигатели при столкновении с землей не работали. Вероятно, их остановка произошла в момент срыва самолета. Это затруднило возможность вывода самолета в нормальный режим полета. Тяжелое положение, в котором экипаж оказался после сваливания, усугубилось тем, что в ночных условиях экипаж не имел средств для пространственной ориентировки ввиду вполне вероятного зашкаливания авиагоризонтов.