После взлета в 12:24 мск экипаж в 12:45:04 доложил о занятии эшелона 10 600 м, самолет следовал по трассе. В 12:45-12:46 (через 22 минуты после взлета в а/п Тюмень) в кабине экипажа сработала сигнализация «Дым в заднем багажном отсеке». Бортмеханик с применением дымозащитной маски и огнетушителя произвел осмотр заднего багажного отсека. Выявить источник дымления и погасить пожар не удалось. В 12:47:20 полностью прекратилось питание самописцев МСРП-64 и КЗ-63 (ранее, в процессе набора высоты в 12:43-12:44 прекратил работать канал дальности РСБН, а в 12:43:05 прекращена запись на бортовом магнитофоне МС-61Б из-за обрыва звуконосителя). В момент прекращения записи МСРП-64 параметры полета были: эшелон 10600 м, Vпр=490 км/ч, МК=256°. Признаков возникновения и развития опасной ситуации, отклонений в пилотировании самолета и работе его систем и электрооборудования на участке от взлета до момента останова не зарегистрировано, за исключением регистрации резкого роста перепада давления воздуха в линии вентиляции и прохождения двух недостоверных команд «крен велик», «пожарный кран двигателя №1 закрыт» и «опасная скорость сближения с землей» и «пожарный кран двигателя №2 закрыт». В 12:48:01 сработала сигнализация «Пожар ВСУ». В 12:48:57 экипаж доложил службе движения о пожаре в ВСУ, об экстренном снижении и вынужденной посадке в а/п Кольцово. В 12:49:09 диспетчер дал удаление и азимут и разрешил снижение до высоты 4 800 м. В 12:49:37 экипаж приступил к снижению курсом, обратным посадочному (МКп=78°). В процессе снижения были выпущены шасси. В 12:53:56 диспетчер дал указание выполнять левый разворот на посадочный курс. Разворот выполнялся в облачности. Из-за отсутствия устойчивой метки самолета на экране радиолокатора диспетчер давал только пеленги. В 12:54:40 произошла остановка преобразователя высоты ответчика СОМ-64, который получает питание от основной шины 115В, что свидетельствует об отключении обоих преобразователей однофазного переменного тока ПО-4500. В 12:54:52 экипаж в процессе левого разворота с креном 20° доложил диспетчеру круга о занятии 1 800 м и о пожаре обоих двигателей (после ложного срабатывания сигнализации о пожаре). В 12:55:09 экипаж выключил правый двигатель (по-видимому, для уменьшения тяги и сокращения длины пробега на посадке). В 12:55:20 произошло одновременное «застывание» показаний авиагоризонтов ПП-75 левого и правого летчиков и курсовой системы КС-8, что свидетельствует об одновременном отключении двух потребителей ПТ-1000Ц, питающих основную сеть 36В, и преобразователя ПТ-200Ц питания левого авиагоризонта. В процессе захода на посадку в усложненной ситуации, не зная своего точного местонахождения, экипаж принял оправданное решение на производство вынужденной посадки вне аэродрома на поле. В 12:55:31 зарегистрирован последний неразборчивый радиообмен с борта самолета об установке давления на высотомерах. Выйдя на визуальный полет, экипаж подобрал подходящую площадку для посадки (длиной около 1 000 м).
    В 12:56:40 самолет с курсом 150° приземлился на покрытое глубоким снегом совхозное поле в 49 км от а/п Кольцово с азимутом 285°. Посадка произведена без крена, с углом тангажа не менее 1,5°, наклоном траектории не менее 3,5°, с выпущенными шасси и убранными закрылками и стабилизатором в полетном положении (1,5°). После первого касания самолета о землю начали разрушаться шасси. Через 148 м пробега самолет отделился и произвел второе касание через 104 м обоими стойками шасси и левой плоскостью крыла. Через 44 м самолет вторично отделился от земли. Третье приземление произошло через 180 м. В этом месте самолет потерял правую гондолу шасси и правую плоскость крыла, столкнувшись со стационарной системой орошения. После отделения правой плоскости под воздействием аэродинамической силы левого крыла самолет перевернулся «на спину» с отделением киля и стабилизатора. В дальнейшем самолет столкнулся с деревьями лесополосы, в результате чего произошло отделение обоих двигателей и разрушение фюзеляжа. Полная остановка произошла на удалении 1 028 м от места первого касания.
    На месте погибло 22 пассажира и 2 члена экипажа. Еще 2 пассажира и один член экипажа скончались в больнице.
    Фактическая погода в момент приземления была: облачность 10 баллов средняя, снег, поземок, видимость 4-6 км, ветер северо-восточный 4-6 м/с.