Вскоре после того как Пауэрс пролетел Афганистан, одна из советских РЛС начала сигнализировать другим РЛС, что обнаружила неизвестный самолет и, поскольку U-2 вторгся в самое сердце Советского Союза, информация об обнаружении стала передаваться от одной РЛС к другой. Внезапно, операторы ЦРУ услышали возбужденный голос, повторявший много раз: "Цель сбита! Цель сбита!" И в это же мгновение Пауэрс почувствовал как его бросило вперед и снаружи, красная вспышка осветила фюзеляж его U-2, как будто позади самолета произошел сильный взрыв. Самолет перестал слушаться рулей и начал, медленно вращаясь, терять высоту. Пауэрс открыл фонарь, чтобы выбраться, и был выброшен из самолета центробежной силой. Его парашют раскрылся на высоте примерно 10 000 метров и он медленно опустился на советскую территорию.
Пауэрс был арестован. Во время допроса он утверждал, что работал на компанию Lockheed и испытывал разведывательный самолет для ведения шпионажа над Россией.
Все это произошло как раз перед встречей на высшем уровне в Швейцарии Президента США Эйзенхауэра и Премьер-министра СССР Хрущёва для обсуждения проблем мира. Хрущев воспользовался представившимся ему случаем, и унизил Соединенные Штаты перед всем миром.
Пауэрс, естественно, предстал в Москве перед военным трибуналом Верховного суда, где был охарактеризован как типичный беспринципный молодой американец, который из своей жадности к деньгам не колеблясь, совершил преступление, которое могло вызвать ядерную войну. Прокурор представил суду вещественные доказательства в виде магнитных лент обнаруженных в обломках U-2. Они содержали параметры сигналов РЛС советской системы ПВО. Были также продемонстрированы и фотографии электронного оборудования U-2.
Приговор был суров, хотя, как говорилось в приговоре, ограничивался десятью годами заключения, три из которых он должен был провести в тюрьме. Пауэрс, однако, был выпущен через семнадцать месяцев, в обмен на супершпиона КГБ подполковника Рудольфа И.Абеля, который был арестован и заключен в американскую тюрьму.
Как только он ступил на американскую землю, Пауэрс был изолирован ЦРУ и подвергнут непрерывному допросу в течение более чем двадцати дней; в этом деле было много неясных вопросов, которые ЦРУ хотело прояснить. Больше всего их интересовала причина неудачи полета U-2, произошла ли она по причине наличия у русских новых ракет ЗРК или вследствие факта измены, совершенной Пауэрсом и, прежде всего, имеются ли у русских средства предотвращения прорыва американских бомбардировщиков оборудованных электронными средствами противодействия в советское, воздушное пространство в случае войны.
В ходе суда в Москве, Пауэрс утверждал, что его самолет был сбит на высоте где-то между 13 700 и 22 250 метрами, что было значительно ниже высоты 30 500 метров, рекомендованной ему для выполнения такого рода задачи. Пауэрс объяснил, что из-за прекращения поступления топлива, реактивный двигатель его U-2 остановился и он, поэтому, потерял значительную высоту пытаясь его вновь запустить.
Другие загадки, которые ЦРУ хотелось прояснить, касались того как русские РЛС обнаружили и сбили U-2. Как русским удалось так быстро обнаружить самолет, если самолет был сделан из радиопоглощающих материалов? И, если он был поражен ракетой, то как его фото и электронное оборудование осталось неповрежденным? Как сказал Хрущев, по U-2 была выпущена всего одна ракета, которая и поразила его на высоте примерно 22 750 метров. Если это правда, говорили себе ЦРУ, то почему СПО и передатчик имитационных помех не сработали?
Секретный американский источник информации в России сообщил, что как только Пауэрс подлетел к ракетному полигону в Свердловске, на перехват американского самолета русские подняли два истребителя МиГ и, немедленно после этого, выпустили три ракеты ЗРК. Представляется, что две ракеты поразили истребители МиГ, сбив один из них, а третья взорвалась около хвостового оперения U-2.
Эта информация никогда и никем не подтверждалась, но, если все произошло именно так, тогда возможным объяснением было бы то, что аппаратуре РЭП самолета U-2 удалось изменить курс двух ракет, но, занятая противодействием двум первым, не смогла принять сигналы и успешно противодействовать третьей подлетающей ракете, которая продолжала лететь курсом на U-2. Тем не менее, учитывая, что в U-2 не было прямого попадания ракеты, некоторые удивлялись, почему Пауэрс не воспользовался своим катапультным креслом, которое, вероятно, было сконструировано так, что после его отстрела приводился в действие механизм самоликвидации самолета, а начал самостоятельно покидать самолет теряя драгоценное время. И, если у него было так много свободного времени, то почему он не нажал кнопку самоликвидации и таким образом не уничтожил сверхсекретное электронное оборудование на борту самолета?
После допроса ЦРУ, Пауэрс, также, предстал перед различными правительственными комиссиями и даже выступал перед Конгрессом, но никаких удовлетворительных ответов по вышеупомянутым вопросам не дал.