Кстати сказать, расследованием гибели Гагарина занималась, помимо государственной комиссии, еще и комиссия КГБ. Она проверяла, не была ли гибель Гагарина следствием теракта. Комиссия выявила немало нарушений в работе наземных служб, но исключила теракт в качестве причины катастрофы.
По данным государственной комиссии, примерно за минуту до столкновения Гагарин был в совершенно нормальном состоянии: речь его была спокойной, размеренной. Ему надо было сделать разворот со снижением, при отсутствии видимости естественного горизонта. Затем какое-то неожиданное событие привело к тому, что самолет оказался на закритическом режиме в положении крутого пикирования.
Это могло быть следствием: уклонения от другого самолета, шара-зонда или стаи птиц; попадания в след пролетевшего самолета; опадания в восходящий вертикальный поток воздуха или даже горизонтальный порыв ветра. Могло иметь место сочетание любых двух указанных событий, а может быть, и всех трех факторов. Ошибочная информация о высоте облачности в сочетании с неправильными показаниями высотомера создали у летчиков неверное представление о запасе высоты и времени, которым они располагали для выхода из пикирования. Кроме того, в ходе полета постепенно ухудшались метеоусловия. Неточные сведения о погоде были даны на предполетной подготовке, вылет самолета — метеоразведчика погоды запоздал. Катастрофе также способствовало то, что в конце полета МиГ-15 УТИ Гагарина и Серегина был потерян, вместо него руководитель полета вел на экране радиолокатора другой самолет, возможно тот самый Су-11, который стал одной из причин катастрофы. Ошибка выяснилась только через 12 минут после катастрофы. Эта путаница была вызвана тем, что из-за неисправности оборудования не работали фотоприставки для съемки экранов радиолокационных станций, что мешало отслеживать положение самолетов, и вышел из строя наземный радиовысотомер. Руководитель полетов не имел полной информации о взлетавших и находящихся в воздухе самолетах, а запланированное время вылета некоторых из них было изменено без его ведома. Это тоже могло привести к трагедии.
Комиссия пришла к выводу, что попытка катапультироваться летчиками не предпринималась. По мнению летчика I класса И.Б. Качаровского, "…нетрудно представить себе сложившуюся ситуацию. Серегин, оценив обстановку, как командир экипажа дает команду Гагарину катапультироваться. Но тот, зная, что по техническим условиям это должен первым сделать инструктор, напоминает ему об этом. Гагарин понимает, что, спасая свою жизнь, подвергает опасности жизнь учителя и друга. Каждый из них думает не о себе, а о товарище, настаивая, чтобы тот покинул самолет первым. И было-то в их распоряжении каких-нибудь секунд 15. В том, что это было так, у меня нет никаких сомнений". Когда, выйдя из облачности, экипаж сориентировался, катапультироваться было поздно. В случае, если бы первым катапультировался Гагарин, Серегин уже не имел бы шансов покинуть кабину. Оба пилота спасались только в том случае, если первым катапультировался инструктор. Но Серегин хотел любой ценой спасти Гагарина, а тот не захотел оставлять своего товарища на верную гибель. Дело в том, что вторую кабину, для инструктора, на МиГ-15 УТИ установили за счет уменьшения первого фюзеляжного топливного бака. Обе кабины оснащались полным набором приборов и катапультными креслами. Фонарь передней кабины откидывался вбок, а фонарь кабины инструктора соскальзывал назад, при катапультировании обе части фонаря должны были сбрасываться. При этом катапультирование происходило в два этапа, сначала катапультировался инструктор, а затем обучаемый летчик, поскольку в случае, если бы первым катапультировался обучаемый летчик, инструктор после этого уже не смог бы открыть фонарь.
По мнению С.М. Белоцерковского, "в сложившейся обстановке экипаж, видимо, еще надеялся справиться с ситуацией или катапультироваться позже. Летчики опирались на полученные данные о высоте облаков. Единственный прибор, но которому они могли ориентироваться, был баровысотомер. Но при интенсивном снижении самолета его показания запаздывают (дают завышенные данные о высоте). Это происходит из-за инерционности воздушного объема в трубопроводах и приборах. Данный факт известен летчикам, но они могли не учесть, что на спарке с двумя кабинами и комплектами приборов этот эффект почти удваивается. Лабораторные эксперименты, проведенные нами уже в 90-е годы, показали, что ошибка могла достигать 300–400 метров".