Самолет ПЛ-5 завода №29 НКОП СССР в 08:30 вылетел из а/п Запорожье в Харьков и Москву. На борту находились пилот, бортмеханик и два служебных пассажира (работники завода). Взлет был произведен со старта, разбитого на западной стороне аэродрома. Во время вылета самолета ПЛ-5 на старте стоял тяжелый четырехмоторный военный самолет ТБ-3. Самолет ПЛ-5 начал взлет левее установленного на старте военного самолета. После взлета ПЛ-5, ввиду изменения направления ветра, по распоряжению находившегося на старте начальника аэропорта, старт был переменен. Новый старт был разбит на северной стороне аэродрома, то есть в направлении, примерно перпендикулярном к прежнему старту. Направление взлета и посадки по новому старту явилось точно обратным (то есть на 180°) по отношению к направлению трассы Запорожье – Харьков, по которой уходил от аэродрома самолет ПЛ-5. После перемены старта военный самолет ТБ-3, в который производилась загрузка учебных бомб, оставался на месте старого старта и продолжал операцию по подвеске бомб.
    Через несколько минут после вылета самолета ПЛ-5 на новый старт порулил самолет АНТ-9 1-го транспортного отряда Московского управления ГВФ, выполнявший рейсовый полет Симферополь – Москва. На борту находились пилот, бортмеханик, 9 пассажиров и 257 кг груза. Во время руления самолета на старт на летном поле находился стартер, имевший при себе положенные красный и белый флаги. На старте было выложено посадочное «Т». Начальник аэропорта находился в это время еще в районе расположения старого старта. Дорулив до линии старта (до посадочного «Т»), самолет АНТ-9 начал разворот в направлении взлета и, не останавливаясь на линии старта, сразу по окончании разворота пошел на взлет, несмотря на поднятие стартером красного флага и энергичного взмахивания им. По утверждению ряда объективных и авторитетных свидетелей (начальника штаба эскадрильи ВВС, военных техников ВВС и одного пассажира АНТ-9) сигнал для разрешения взлета стартером дан не был.
    Тем временем самолет ПЛ-5, идя по трассе Запорожье – Харьков, набрал высоту около 1300 м (по показаниям бортмеханика). Через 6-7 минут после взлета самолет по не вполне точно установленным причинам повернул обратно. Направление обратного полета точно совпадало с направлением посадки по новому старту. По показаниям бортмеханика, самолет, не подлетая близко к аэродрому, взял направление значительно правее аэродрома (3-4 км) и, идя в направлении старого старта, на высоте 100 м сделал левый разворот на 90° для захода на посадку по старому старту. Посадка была произведена правее все еще стоявшего на месте старого старта военного самолета ТБ-3. Самолет ПЛ-5, идущий с малой высоты на посадку, был замечен начальником аэропорта, когда его высота была не более 30 м. Мотор работал без перебоев. Примерно на этой же высоте, или несколько выше, то есть на 2-3 секунды раньше, заметил идущий на посадку самолет и стартер, который тут же начал энергично взмахивать красным флагом в направлении обоих самолетов, намереваясь этим запретить взлет одному и посадку другому. Несмотря на эти сигналы и сигналы руками, подаваемыми начальником аэропорта, пилот ПЛ-5 продолжал посадку, а пилот АНТ-9 пошел на взлет.
    Столкновение самолетов произошло в тот момент, когда АНТ-9 находился уже на отрыве от земли, а ПЛ-5 примерно в середине пробега после приземления. Экипаж самолета АНТ-9, видимо, до самого момента столкновения не заметил самолет ПЛ-5. Пилот ПЛ-5 непосредственно перед моментом столкновения самолетов (по показаниям находившегося в аэропорту пилота другого самолета) якобы дал газ, пытаясь, видимо, увеличением скорости проскочить вперед АНТ-9.
    В 08:50 самолет ПЛ-5 врезался мотором в переднюю часть фюзеляжа самолета АНТ-9. Через 2-3 секунды после удара ПЛ-5 вспыхнул, а вслед за ним и АНТ-9. По прошествии еще нескольких секунд начали рваться баки самолетов.
    2 пассажира АНТ-9 и бортмеханик и 2 пассажира ПЛ-5 выбрались из под обломков самолетов своими силами. Остальные были освобождены из под горевших обломков подбежавшими к месту катастрофы работниками аэропорта и обслуживающим составом находящихся на аэродроме военных самолетов. Ликвидировать пожар при помощи огнетушителей (использовано 7-10 штук) не удалось. Оба самолета полностью сгорели.
    Погибли пилоты обоих самолетов, бортмеханик и 7 пассажиров самолета АНТ-9 (один из них умер в больнице) и 1 пассажир самолета ПЛ-5 (умер в больнице). Ожоги легкой степени получил бортмеханик самолета ПЛ-5 и 2 пассажира самолета АНТ-9 и средней степени – пассажир самолета ПЛ-5.