Экипаж 107 летного отряда в 23:30 17 января произвел взлет в а/п Внуково, в 01:00 18 января совершил посадку в Воронеже и через 45 минут произвел взлет и продолжил полет до Сталинграда. В 02:07 экипаж получил фактическую погоду в аэропорту назначения: облачность 10 баллов, слоисто-дождевая, разорвано-дождевая, 250 м, снегопад, видимость 2 км. В 02:25 экипаж доложил о входе в зону РДС Сталинграда выше облаков, в 03:07 доложил о входе в АДС а/п Сталинград на высоте 2 400 м между слоями, запросив разрешение на подход и условия посадки. Диспетчер разрешил подход на 1 200 м и дал условия посадки. Система ОСП имелась только на посадочном курсе 243° при невозможности посадки этим курсом из-за попутного ветра 60°. Экипажу следовало пробивать облачность со снижением по прямоугольному маршруту до 150 м с выходом на курс 243° после четвертого разворота и затем после пролета ДПРМ и БПРМ выполнять визуальный заход курсом 63° левым кругом. Доложив о занятии 1 200 м, экипаж получил разрешение занять 900 м и сообщил: «сию визуально». В дальнейшем РП разрешил снижение до 400 м. Борт подтвердил выполнение. На запрос диспетчера: «видите ли старт?» экипаж ответил: «пока нет». Затем экипаж доложил о пролете ДПРМ на высоте 400 м курсом 153° ко второму развороту. Затем экипаж последовательно докладывал о выполнении второго, третьего и четвертого разворотов на высоте 400 м. После доклада о выполнении четвертого разворота РП запросил о возможности визуального полета. Экипаж ответил утвердительно. Затем связь пропала. Пролет ДПРМ экипаж не доложил.
    В 07:55 самолет обнаружен с воздуха правее оси посадки системы ОСП в районе траверса ДПРМ в 4 025 м от него и в 5 000 м от начала ВПП 24. В 03:33 самолет столкнулся с землей с МК=315° с правым креном 15-20° и тангажом 9-12° и полностью разрушился. Пожара не было. Части самолета разбросаны по направлению движения по заснеженному полю на 300-350 м. Самолет столкнулся с землей на скорости около 300 км/ч. Первое касание – правой плоскостью. После ее разрушения самолет перевернулся. Оторвавшаяся хвостовая часть вернулась в прежнее положение, развернувшись в обратную сторону относительно курса полета.
    Комиссия отметила необычные обстоятельства катастрофы – находясь в визуальном полете, самолет сильно отклонился вправо на участке от четвертого разворота до ДПРМ. Это могло быть вызвано лишением экипажа возможности управлять самолетом. Метеоусловия и уровень подготовки экипажа не могли быть причинами катастрофы. Фактическая погода на 03:25: облачность 10 баллов, слоисто-дождевая, разорвано-дождевая, 163 м, дымка, видимость 4 км. Проверялась версия нападения на экипаж. Среди погибших был обнаружен безбилетный пассажир, а следовавшей до Баку пассажирке из Москвы в аэропорт Сталинграда была отправлена телеграмма загадочного содержания: «В Москве все здоровы, считаю целесообразным вернуться поездом». Пистолет КВС был найден на месте катастрофы с неизрасходованным боекомплектом. После технической экспертизы обломков самолета было установлено, что он столкнулся с землей с работающими двигателями и был управляем. При осмотре трупа КВС на его левом бедре была обнаружена круглая рана глубиной 5 см с ожогом по краям. Судмедэксперты сделали вывод, что это результат поражения электрическим током, однако не смогли уточнить, прижизненный или посмертный. В то же время комиссия отметила, что с 03:00 до 05:00 в одной из воинских частей близ пос. Гумрак в районе катастрофы проводились стрельбы. В течение последующих трех месяцев от командиров экипажей разных самолетов, заходивших на посадку тем же курсом, поступило около 10 рапортов, что во время пролета над военным полигоном между четвертым разворотом и ДПРМ в опасной близости от их самолетов видны трассирующие очереди и разрывы боеприпасов. При тщательном осмотре обломков самолета было обнаружено 5 круглых пробоин диаметром 10 и 35 мм – в обшивке пилотской кабины, перегородках пилотской кабины и левом щитке центрального пульта управления моторами. В апреле было решено провести эксгумацию тела КВС. В его левом бедре в зоне ожога обнаружены мелкие металлические осколки и цилиндрическая металлическая деталь размером 11х5 мм. Первоначальный вывод об электрическом происхождении раны был отвергнут. Комиссия решила провести экспертизу для подтверждения, что найденные металлические фрагменты являются пулей, выпущенной из огнестрельного оружия, а также ходатайствовать перед МО о закрытии военного полигона в районе прямоугольного маршрута захода на посадку с курсом 243°, где регулярно в дневных и ночных условиях производятся стрельбы из пулеметно-винтовочного и артиллерийского оружия, что создает явную угрозу повреждения самолетов. Тем не менее, никакого окончательного вывода о причинах катастрофы комиссия не сделала.