С ним вместе погиб и инструктор Владимир Серегин. Юрию Гагарину и его инструктору Владимиру Серегину предстояло выполнить в этом учебном контрольном полете обычные упражнения. Гагарин, как и положено обучаемому, сидел в передней кабине, Серегин - в задней.
Учебный МиГ-15, построенный двенадцать лет назад, в 1956 году, прошел два капремонта, двигатель чинили четыре раза. В тот день почти одновременно с гагаринской спаркой (ее позывной «625») в небо поднялась другая («614»), которая делала облет после ремонта. Но проходила ли она на пути в свою зону через зону Гагарина, осталось невыясненным, - по крайней мере могла пройти.
И это не все. Через минуту после взлета Гагарина и Серегина (в 10.20) поднялись в воздух два более скоростных самолета МиГ-21. Пробивая облачность (при наборе высоты), они обогнали спарку Гагарина и Серегина. Это является нарушением, поскольку возможно столкновение самолетов. Руководитель полета, разрешая паре самолетов МиГ-21 набор высоты до 5000 м, предостерег ведущего пары: «. справа по курсу от вас 625-й в наборе». В ответ услышал: «Вас понял. Я не вижу, здесь облачность.» В такой ситуации руководитель обязан прекратить полеты, однако этого не сделал.
В своей зоне Гагарин начал выполнять запланированные упражнения. Но инструктор, полковник Серегин, видимо оценив опасную обстановку (низкая облачность, присутствие в соседней зоне другого тренировочного самолета), сократил задание. Радиообменом зафиксирован интервал времени между докладами о начале и окончании выполнения задания 4 мин. 20 сек. В 10.25 экипаж 625-й сообщил, что занял в зоне высоту 4200 м. Следуя курсом 70, Гагарин выполнил подряд левый и правый виражи. В 10.30 доложил о завершении задания и запросил курс 320. Получив разрешение, на снижение, экипаж приступил к выполнению.
Таким образом, вместо двадцати минут Гагарин работал только четыре. В нарушение всех правил в воздушное пространство зоны, где находилась спарка, без предупреждения вторгся скоростной реактивный истребитель Су-11. Руководитель полетов об этом не предупрежден. Су-11 пронизал всю толщу воздуха снизу вверх - почти вертикально, причем промчался так близко от гагаринской спарки, что на экране локатора отметки от обоих самолетов в какой-то момент слились.
В условиях сильной облачности спарка Гагарина и Серегина, задев несколько верхушек деревьев, врезалась в землю в трех километрах от деревни Новоселово. УТИ МиГ-15 очень надежен в управлении, а сваливание его в штопор всегда сопровождается предупредительной тряской; поэтому только какое-то неожиданное обстоятельство могло привести к неблагоприятному развитию событий.
Руководитель полетов, судя по кальке радиолокационной проводки, повел Су-11, принимая его за самолет Гагарина. Комиссия установила, что катастрофа произошла в 10.31 - на 12 минут раньше. Неудивительно, что помощник руководителя в своем отчете писал: «На мои вызовы полковник Гагарин не отвечал». Ни Гагарин, ни Серегин уже не могли ответить - они погибли.
В расследовании катастрофы участвовали лучшие научные силы страны, институты, лаборатории, а также отдельные ученые, инженеры, летчики, космонавты. К сожалению, на УТИ МиГ-15 еще не было «черного ящика» (система автоматической регистрации параметров полета - САРПП), что значительно осложнило работу государственной комиссии. Обстоятельства трагедии не выяснены до сих пор.