А начиналась экспедиция в стратосферу очень торжественно. В те дни в Москве проходил 17-й съезд партии, и полет был посвящен этому событию.
Достигнув рекордной высоты, экипаж послал приветствия Сталину и другим руководителям партии и страны. Около полудня связь с пилотами «Осоавиахим-1» была утрачена, и о его судьбе ничего не было известно около пяти часов. Около 17 часов была обнаружена покорёженная гондола. Полёт завершился катастрофой, всё оборудование стратостата было разбито, члены экипажа погибли. Тщательное изучение дневников, бортжурнала и показаний приборов позволило по большей части установить картину катастрофы. Из записей, сделанных Васенко и Усыскиным, следует, что стратостат в 12.33 достиг рекордной высоты 22000 метров и продержался на этой высоте около 12 минут, после чего начал плавное снижение.
Однако скорость снижения нарастала, километром ниже она удвоилась. Пропорционально нарастанию скорости охлаждался и газ в оболочке шара. Гондола с увеличивающимся усилием тянула за собой шар стратостата, и на высоте полтора-два километра от земли стропы оборвались. Экипаж в течение последних десяти секунд падения находился в беспорядочно вращающейся кабине, ударяясь о корпус и приборы. Выбраться наружу и воспользоваться парашютами в таких условиях было практически невозможно, особенно с учетом того, что конструкция гондолы не предусматривала аварийного сброса крышки, открыть которую изнутри было возможно только открутив 12 фиксирующих болтов.
Через несколько дней Сталин, Молотов и Ворошилов понесут урны с прахом героев на похоронах у Кремлевской стены. Посмертно стратонавты будут награждены орденами Ленина, а их подвиг увековечен выпуском марок.