Люди, которые находились в бункере подумали, что начался старт. Они заметили только яркую вспышку и бросились включать киноаппараты и дистанционные датчики параметров газовой струи двигателей. Благодаря этому дальнейшие события оказались зафиксированными на кинопленку. Горящие люди разбегались в стороны от эпицентра взрыва. Кадры из этого кошмарного кино часто используют в документальных фильмах о ракетной технике. На пусковой площадке начался пожар, который удалось потушить только через два часа. Среди погибших оказались Коноплев и маршал Неделин. Коноплев находился рядом со своими пультами в небольшом автобусе, а Неделин сидел на стуле в 10 м от ракеты. На месте где сидел командующий были обнаружены оплавленные пуговицы с гербом Советского Союза и Золотая Звезда Героя. Всего в результате катастрофы погибло 126 человек. Янгель остался жив только чудом. Прямо перед катастрофой он отошел от площадки покурить.
О трагедии немедленно доложили лично Хрущеву:
25 ноября на Байконур вылетела комиссия ЦК КПСС во главе с Брежневым. В нее вошли крупные специалисты по ракетной технике, руководители Министерства обороны и промышленности. На следующий день Брежнев собрал совещание, на котором объявил, что вероятные виновники трагедии погибли, и всем нужно сделать из произошедшего соответствующие выводы, а наказывать никого не будут. Такое неожиданное для Янгеля решение возникло только из-за воистину провального положения в советском ракетостроении, ведь боевых межконтинентальных ракет у СССР фактически не было. А американцы со своим «Титаном» уже вырвались вперед. Наказанием Янгеля и других высокопоставленных участников трагедии, Брежнев мог только навредить, отбросив ракетную науку на 4-5 лет назад. Азотнокислотное направление было бы окончательно дискредитировано на долгие годы, что может и к лучшему, а на вооружение (в виду полного отсутствия научного задела в твердотопливном направлении) пришлось бы брать большое количество не менее опасных королевских ракет Р-9.
Причина и подробности катастрофы до 1995 г. были засекречены. 27 ноября 1960 г. в газетах появилось небольшое сообщение о гибели маршала Неделина в авиакатастрофе. Родственникам остальных погибших рассказывали легенду о внезапном взрыве бензовоза.
После трагедии второй экземпляр Р-16, находившийся в монтажно-испытательном корпусе, был отправлен на завод для устранения всех недостатков и внесения изменений в схемы управления пуском.
Менее чем через месяц доработанную ракету повезли обратно на полигон. 1 января 1961 г. состав с ракетой и бригадой испытателей прибыл обратно на Байконур.
На этот раз к подготовительным операциям относились с повышенным вниманием и осторожностью. Запуск наметили на 18:00 2 февраля. Несмотря на сильный мороз, ракету установили на стартовый стол. После заправки и проверки обнаружилось, что на ракете не работает система передачи телеметрической информации, но Янгель принял решение продолжать подготовку ракеты. Старт перенесли на полночь.
В 24:00 в ярком лунном свете ракета оторвалась от стола. Набирая скорость, Р-16 устремилась к цели на Камчатском полигоне. Телеметрия с ракеты не поступала, поэтому о дальнейших событиях на борту можно только гадать. Первые три минуты полет продолжался нормально. Первая ступень отработала свои положенные 90 с, произошло штатное разделение, но двигатель на второй ступени не запустился. Ракета упала в Красноярском крае, пролетев 540 км. Расследование случившегося показало, что причиной аварии стал незакрытый технологический лючок на второй ступени. Вместо положенных восьми болтов он держался только на двух. Скоростным напором его оторвало, корпус начал сильно вибрировать, датчики системы управления стали выдавать ложную информацию, что и привело к аварийному прекращению полета.