Экипаж 18 авиаотряда выполнял рейс Тбилиси-Москва. После посадки в Харькове в 15:31 взлет был произведен в 16:48. На борту находились 6 пассажиров, в том числе ребенок, и 3 032 кг груза. Через 7 минут после взлета самолет набрал эшелон 1 200 м и экипаж доложил в РДС о выходе из зоны Харьковской АДС. После этого связи больше не было. По барограмме, самолет в течение 6 минут быстро снижался, потеряв около 800 м высоты. Не долетая 6-8 км до Белгорода, КВС, увидев впереди грозу, развернулся влево, взяв курс 275°. С этим курсом он летел на высоте 400 м около 45 минут. Позднее, примерно в 17:15, вместо того, чтобы вернуться на аэродром вылета или обойти грозу справа, КВС принял неправильное решение пройти через появившийся незначительный просвет между тучами. Развернувшись вправо, он взял курс 355°. С этим курсом, в условиях болтанки, он пролетел около 70 км. При этом высота полета менялась от 300 до 570 м. Увидев слева грозовые тучи, второй пилот сделал разворот на 90-100° вправо. После разворота самолет летел с курсом 80-90° в направлении деревни Полукотельниково со снижением с вертикальной скоростью 4-5 м/с, подвергаясь сильной болтанке. Находясь на высоте около 30 м, КВС, заметив прямо перед собой низкую черную тучу, совершенно скрывавшую землю, стал отворачивать от нее влево. В момент разворота эта туча с ливневым дождем настигла самолет и он стал снижаться в условиях сильной болтанки, попав в нисходящий поток. Применение командиром корабля форсажа для парирования бросков и снижения самолета результатов не дало. Самолет в условиях шквала дождя и при отсутствии видимости при выходе из разворота с левым креном 7-10° в положении горизонтального полета с курсом 270° задел винтами и мотогондолами за землю на скорости около 350-360 км/ч. После этого самолет трижды задевал за неровности земли фюзеляжем, теряя оторвавшиеся моторы, различные детали своей конструкции и грузы. Последний удар о землю произошел в 390 м от первого. Зацепив за землю надломленной и обвисшей пилотской кабиной, самолет развернулся влево на 90°, подмял под себя кабину с экипажем и остановился в полностью разрушенном состоянии. Погибли пять взрослых пассажиров, второй пилот и бортпроводница. Бортрадист умер в больнице через 5 суток. КВС, бортмеханик и двухлетний ребенок получили тяжелые ранения. Катастрофа произошла около 17:30 в 12 км северо-восточнее г. Обоянь Курской области.
    Перед полетом КВС получил прогноз погоды по маршруту с 16:30 до 19:30 – облачность 7-10 баллов, кучево-дождевая высотой 600-1000 м, дождь с грозой, видимость 4-10 км, ветер северо-восточный 70-80 км/ч. Прогноз не содержал детализированной информации в отношении характера гроз, а также высоты облачности и горизонтальной видимости в зоне грозовых осадков. Полученные до 16:00 несколько штормовых предупреждений с гидрометеостанций, расположенных в направлении на Москву, синоптик не использовала и не учитывала при составлении прогноза погоды по маршруту. При совершенно очевидной обстановке направления движения гроз дежурный синоптик АМСГ в своих консультациях не дала исчерпывающих указаний вылетающим пилотам о том, в каком направлении следует обходить грозы в случае встречи с ними.