Истребитель выполнял в небе фигуры высшего пилотажа – «горки», «мертвые петли», «бочки». При этом он на сверхмалых высотах чуть ли не ходил по головам гостей, обдавая их смрадом керосина. Внезапно рев самолета в небесах стих и наступила тишина. Спустя несколько секунд он летел уже метрах в 20 над землей, продолжая быстро снижаться. Истребитель проскочил, наклонив крыло, между деревьями, а потом, зацепив машину-бензозаправщик, вышел над рулежной дорожкой, где находилась выставка военной техники. Никто ничего не успел понять, как крылья самолета начали буквально косить людей. В воздух полетели головы, руки, куски туловищ, по бетонке потекли ручьи крови – люди гибли целыми семьями. Кто-то успел упасть на землю и тем спас себе жизнь. Далее крыло вышедшего из-под контроля истребителя срезало хвост одного из стоявших самолетов, который отлетел и, в свою очередь, врезался в толпу зрителей, калеча всех подряд. На какой-то миг летчикам чудом удалось выровнять машину. Но она тут же ударилась о бетон, раздавив около 20 гостей праздника. От удара самолет, все еще мчащийся на огромной скорости, подбросило вверх, и этой секундной паузой воспользовались летчики, чтобы катапультироваться. Еще через мгновение самолет загорелся. Он несколько раз перевернулся, кроша людей, зацепил стоявшие самолеты, выкатился на траву и взорвался. Облако огня и дыма быстро понеслось к пивным прилавкам и столикам, а с неба, калеча зрителей, посыпались разметанные взрывом останки истребителя. Некоторые взрослые накрывали детей своими телами, принимая на себя удар разлетавшихся кусков металла.
Люди, давя друг друга, бросились прочь от огня. А кое-кто из них спокойно допивал пиво, будто ничего не произошло. К горящему остову истребителя рванулись несколько пожарных машин, и огнеборцы принялись тушить огонь. Две дежурившие на аэродроме кареты «скорой помощи» подъехали ближе к эпицентру катастрофы, и врачи приступили к спасению раненых, лежащих вперемешку с трупами. Через несколько минут примчались еще два-три десятка машин с красными крестами и стали увозить пострадавших в больницы Львова. Милиционеры, солдаты и офицеры организовали живую цепь, пытаясь оттеснить людей от места трагедии, а обезумевшие от горя родители пытались прорваться сквозь это оцепление, чтобы найти в кровавом месиве тела своих детей.
Была создана государственная комиссия по расследованию причин случившегося под председательством секретаря Совета национальной безопасности и обороны Украины Е. К. Марчука. Прокуратура по факту аварии возбудила уголовное дело по статье 416 Уголовного кодекса Украины «Нарушение правил полета или подготовки к ним». Данная статья предусматривает для виновных наказание в виде лишения свободы сроком от 5 до 15 лет.
Следствием выдвигались две версии – «человеческий фактор» и отказ техники. Е. К. Марчук в качестве возможной причины катастрофы назвал и безрассудство высоких авиационных начальников, которые дали пилотам преступное летное задание. Подобное уже происходило в 1935 году под Москвой с агитационным самолетом-гигантом «Максим Горький». Тогда во время «показухи» истребитель при выполнении «бочки» врезался в крыло «агитатора», в результате чего погибли все пассажиры и летчики – 50 человек. По словам сослуживцев, пилоты злосчастного Су-27 по своей инициативе никогда бы не стали летать над головами генералов: скорее всего, отцы-командиры ради особой показательности приказали, чтобы они летали так низко – авось ничего страшного не случится. Подобные полеты без соблюдения необходимого расстояния безопасности везде в мире запрещены после 28 августа 1988 года, когда произошла жуткая катастрофа на одной из баз ВВС США. Тогда в воздухе на высоте 50 м столкнулись три машины «МВ-339А» из итальянской эскадрильи высшего военного пилотажа и под горящими обломками погибли 70 зрителей. Военным асам запретили летать над публикой, им предписали держаться на удалении не ближе 300 м и на высоте не ниже 400 м. Во Львове все эти правила были нарушены.
Катапультировавшиеся пилоты потерпевшего катастрофу самолета подверглись трехчасовому допросу следователей. Командир Владимир Топонарь в стрессовом состоянии еще как-то высидел тот первый допрос, хотя уже потом самостоятельно передвигаться не мог. Второй пилот Юрий Егоров при приземлении с парашютом со сверхмалой высоты повредил позвоночник. Летчики заявили, что в какой-то момент двигатель вдруг перестал «тянуть», но они сделали все возможное, чтобы предотвратить трагедию и покинули самолет за мгновение до взрыва. После случившегося асы были доставлены в военный госпиталь Львова, где находились под охраной, потом их перевезли в Винницкий санаторий ВВС.
После расшифровки «черного ящика» государственная комиссия установила, что летчиками таки была допущена ошибка.