Экипаж выполнял полет по программе МАГАТЭ с целью сбора источников РИТЭГ с автоматических метеостанций и маяков по побережью.
    Взлет в а/п Певек произведен в 10:05 местного времени. Полёт по маршруту проходил на высоте около 1700 м. После прилета в район предполагаемых работ экипаж обнаружил, что район расположения маяка закрыт туманом или низкой облачностью и принял решение о посадке на посадочную площадку в н.п. Биллингс (5 км западнее маяка), Поселок, по их словам, был открыт.
    Фактическая погода на момент катастрофы на месте падения вертолёта, по показаниям очевидцев: туман при неустойчивой видимости от 300 до 500 м. Таким образом, погода на посадочной площадке Биллингс не соответствовала ПВП и минимуму КВС (100х1000 м). После снижения до высоты ~ 80 м, КВС уменьшил вертикальную скорость. На высоте 60 м сработал сигнал радиовысотомера «Опасная высота». Срабатывание сигнализации произошло при нахождении вертолета на удалении примерно 2200 м от площадки поселка Биллингс. Экипаж продолжил снижение ниже ВПР, в нарушение РЛЭ, не имея устойчивого визуального контакта с землей. Об отсутствии устойчивого визуального контакта с наземными ориентирами и площадкой может свидетельствовать дальнейший полет на малой высоте (100 м – 40 м) с изменениями курса в диапазоне 45° – 16° – 64° - 22° - 90°. По показаниям второго пилота «первый раз на снижении сработал РВ, когда мы снизились ниже 60 метров, но попали в волну тумана и вынуждены были снижение прекратить».
    На высоте около 50 м КВС увеличил режим работы двигателей и начал выполнять правый разворот со снижением. После достижения высоты 40 м КВС прекратил снижение и, в процессе правого разворота с креном более 15°, приступил к набору высоты, тем самым прервав заход на посадку (в это время скорость полета была увеличена со 100 км/ч до 148 км/ч). Наиболее вероятно, КВС к этому времени определился со своим местоположением, для чего использовал свои знания местности (неоднократно летал на данную площадку) и информацию от работающего привода на площадке. После достижения курса 158° КВС перевел вертолет в левый разворот. При фактических метеоусловиях (туман, ограниченная видимость), не соответствующих ПВП, экипаж другие возможности по продолжению полета (например, возврат на аэродром вылета), кроме посадки на площадку н. с. Биллингс не рассматривал.
    На удалении 1500 м до площадки, в процессе левого разворота с креном до 20°, была достигнута максимальная высота 145 метров, после чего КВС приступил к снижению вертолета, которое осуществлялось со средней вертикальной скоростью 2 м/с в левом развороте на приборной скорости 120-110 км/час. В результате указанных действий вертолет был выведен на курс 345-340° (посадочный курс) на удалении 800 м и высоте 110 м. Отсутствие переговоров между членами экипажа на МС-61 в этот период времени может свидетельствовать об их полной вовлеченности в процесс поиска площадки, что привело к потере контроля за параметрами полета вертолета.
    На удалении около 800 м от площадки КВС приступил к уменьшению скорости с одновременным увеличением общего шага винта с 3° до 6°. Полет осуществлялся с переменным курсом 340° - 320°.
    На удалении около 500 м от площадки (при нахождении вертолета над водным пространством) была достигнута высота чуть более 60 м (до порога срабатывания настройки радиовысотомера), и дальнейший полет в течение примерно 20 секунд выполнялся на скорости около 60 км/ч с небольшим набором высоты (до 75 м) и плавным доворотом влево, в зону действия ограничительного сектора, что, наиболее вероятно, также свидетельствует об отсутствии приборного контроля за положением вертолета.
    Согласно протоколу опроса КВС «… площадка просматривалась. Примерно, не долетая одного километра до площадки, подошли к месту, где было много чаек. Снижение было прекращено. Высота была примерно сто пятьдесят метров, площадка была видна, туман – неравномерный, полосами». При нахождении вертолета на удалении 165 м до площадки на курсе 310° и высоте 75 м, началось плавное увеличение угла тангажа (вплоть до значения 20°). Такое изменение угла тангажа нехарактерно для выполнения нормального пилотирования на этапе предпосадочного торможения скорости. Увеличение угла тангажа до 20° в течение 10 секунд, энергичное торможение скорости, а также интенсивное снижение вертолета обусловлены длительным отсутствием контроля со стороны членов экипажа за изменениями угла тангажа, высоты полета по пилотажно-навигационным приборам при неправильных управляющих действиях (продолжительной фиксации РЦШ и незначительном увеличении РОШ). Эти действия выполнялись КВС без учета: - особенностей поведения вертолета в зоне продольной статической неустойчивости по скорости (в диапазоне скорости полета 30-70 км/час пилоту требуется своевременно парировать стремление вертолета к изменению угла тангажа на кабрирование отклонениями РЦШ) и неустойчивости продольного движения вертолета на скоростях полета менее 120 км/ч (т. к. вертолет склонен к энергичному торможению и снижению, пилоту требуется своевременно увеличить общий шаг НВ с учетом приёмистости двигателей);
    - штатного исключения автопилота из процесса управления углом тангажа (шток рулевой машины на упоре), что отрицательно сказывается на динамической устойчивости продольного движения вертолета.
    Увеличение угла тангажа и торможение вертолета, при отсутствии контроля параметров полета вертолета по приборам и необходимых управляющих действий по балансировке вертолета РЦШ и ОШ, привели к увеличению вертикальной скорости снижения более рекомендованной и попаданию вертолета в режим "вихревого кольца".
    В момент, когда вертолет пересекал высоту 60 м с МК=300° практически без поступательной скорости с увеличением вертикальной скорости снижения, произошло срабатывание задатчика радиовысотомера «Опасная высота». Чуть раньше КВС начал увеличение общего шага несущего винта. После уменьшения скорости полета менее 30 км/ч вертолет стал устойчивым по скорости, что, совместно с управляющими действиями пилота, привело к уменьшению угла тангажа, однако парирование возросшей скорости снижения в создавшихся условиях (малая высота полета, отсутствие поступательной скорости, низкая приемистость двигателей) было невозможно.
    Столкновение вертолета с землей произошло с правым креном 2°, с вертикальной скоростью около 4 м/с, углом тангажа на кабрирование 4° и угловой скоростью вращения около 15 °/с по курсу влево. В результате столкновения вертолета с землей произошел удар лопастей НВ о хвостовую балку в районе стабилизатора с последующим отделением ее части вместе с концевой балкой и рулевым винтом. Под действием реактивного момента и боковой составляющей силы тяги НВ вертолет с левым вращением опрокинулся на правый борт и загорелся. Выгорела кабина экипажа и грузовой салон до 20 шпангоута. Погибли бортмеханик и 2 пассажира.
    Комиссией также установлено, что экипажем не полностью выполнялась Инструкции по взаимодействию и технология работы членов экипажа вертолета Ми-8. Так, до достижения высоты 60 м, бортмеханик не запрашивал “Решение”, а второй пилот при отсутствии решения КВС “Садимся” или “Уходим”, не выполнил уход на второй круг. При снижении с 60 м бортмеханик не докладывал КВС высоту и поступательную скорость полета через каждые 10 м, а также не информировал о падении оборотов НВ менее 95% и вертикальной скорости снижения более 2,5 м/с. Комиссией рассматривалась версия об отказе автомата перекоса, но проведенные исследования его деталей подтвердили работоспособность автомата перекоса в полете.