После всех этих переговоров и согласований Юрий Алексеевич Гагарин наконец-то занял место в передней кабине учебного самолета «МиГ-15УТИ» с бортовым № 18 (заводской № 612739). Командир полка Владимир Сергеевич Серёгин – в задней. Взлетели в 10:19.
Радиообмен позывного 625 с руководителем полетов, судя по сохранившимся записям, был четким и кратким. В 10:22 Юрий Гагарин по указанию руководителя полетов перешел на третий канал связи.
Первое задание на полет было простым – упражнение № 2 Курса боевой подготовки истребительной авиации (2 КБП ИА-67), то есть одно из самых начальных упражнений курса: пилотаж в зоне с выполнением виражей, витков малой спирали, пикирований, боевых разворотов, бочек, полета на эволютивной скорости (минимальной скорости горизонтального полета). Вскоре последовал доклад Гагарина: «625-й задание в зоне двадцать закончил, прошу разрешения разворот на курс 320». «625-й, разрешаю», – ответил руководитель. «Понял, выполняю», – сказал Гагарин. После этих слов в 10:30 радиообмен прекратился, ни на какие запросы 625-й больше не отвечал.
Когда стало ясно, что горючего на самолете Гагарина и Серёгина остается слишком мало и вернуться им будет проблематично, тревога охватила всех. Из Центра подготовки космонавтов вызвали Николая Петровича Каманина. Последовала команда срочно готовить и поднять в воздух два транспортных «Ил-14». Потом – четыре вертолета «Ми-4». И вот в 14:50 командир одного из вертолетов доложил: «Южнее поселка Новосёлово, в лесу видна большая воронка, дым и пожар».
Каманин и собравшиеся на аэродроме генералы немедленно вылетели на место падения «МиГа». Вот что позднее записал Николай Петрович в своем дневнике: