8 сентября 1930 года в 3:30 поезд №64 прибыл на платформу Перерва Московско-Курской железной дороги близ подмосковной деревни Марьино (ныне район Москвы), где по расписанию была положена остановка продолжительностью 1 минуту. Но при отправлении головной паровоз из-за неисправного парораспределения настолько сильно дернулся, что закрепленный на его тендере крюк винтовой сцепки попросту не выдержал и лопнул. Понимая, что вновь прицепить паровоз к составу уже не выйдет, Макаров спросил у машиниста вспомогательного паровоза, сможет ли тот самостоятельно вести поезд, ведь так как второй паровоз был вцеплен тендером вперед, то это затрудняло наблюдение за сигналами. Но Григорьев ответил утвердительно, поэтому уже одиночный С326 уехал в сторону Москвы. Далее Григорьев и Главный кондуктор Савельев отправились на платформу Перерва, где по телефону передали информацию о ситуации с поездом. Однако передали они ее дежурному (ДСП) впереди расположенной (со стороны Москвы) станции Люблино-Дачное, и не предупредив позади расположенный южный блокпост станции Люблино-Сортировочное, на чьей территории находится платформа Перерва. Тем временем, машинист дефектного паровоза С326 при проезде северной горловины станции нажал на специальную рельсовую педаль, о чем дежурного по южному блокпосту станции Люблино-Сортировочное Яковлева оповестил специальный сигнал. Не подозревая о разрыве поезда, Яковлев предположил, что поезд №64 покинул станцию, поэтому связался со станцией Царицыно-Дачное и дал разрешение на отправление следующего поезда - №52, которым управляли машинист Черенков и помощник машиниста Харитонов.
В 3:40 дежурному Яковлеву позвонил билетный кассир платформы Перерва и предупредил, что поезд №64 еще не ушел, а продолжает стоять у платформы. Осознав критичность ситуации, дежурный позвонил стрелочнику Валуеву и приказал остановить поезд №52. Поездная радиосвязь на то время отсутствовала, поэтому Яковлев перекрыл входной семафор и начал выставлять сигнальные огни, а Валуев побежал в направлении, откуда должен был прибыть поезд, подавая при этом звуковые сигналы с помощью специального рожка, стараясь привлечь внимание локомотивной бригады. Через несколько минут прибывающий пассажирский поезд, не реагируя на сигналы стрелочника, на большой скорости въехал на станцию Люблино-Сортировочное. Лишь у самой платформы Перерва в 3:43 были наконец задействованы тормоза, но из-за малого расстояния при высокой скорости №52 не успел остановиться и врезался в хвост поезда № 64.
В результате катастрофы на месте погибли 13 человек, 37 получили тяжёлые ранения, а 12 - легкие. Среди пострадавших также были 5 детей возрастом до 7 лет. Позже в больницах умерли 3 человека, доведя тем самым число погибших до 16. Точная причина, почему локомотивная бригада поезда № 52 не реагировала на сигналы, неясна. Одним из факторов стало то, что входной семафор данной станции на тот момент по причине ремонтных работ находился не с правой, а с левой стороны по ходу движения, о чем дежурный по станции Царицыно Новиков забыл предупредить машиниста Черенкова из-за заболевшего собственного ребенка.

Судебный процесс проходил в клубе имени Е.Ф.Кухмистерова Курской железной дороги. Обвиняемыми рассматривались оба машиниста поезда №64, главный кондуктор поезда, машинист и помощник машиниста поезда №52, дежурные по южному блокпосту станции Люблино и дежурный по станции Царицыно. В результате тюремные сроки получили машинисты Черенков (10 лет) и Макаров (8 лет), дежурный по станции Царицыно Новиков (10 лет) и дежурный по блокпосту Яковлев (5 лет). Условные сроки получили помощник машиниста Харитонов и Главный кондуктор Савельев. Также были заведены уголовные дела в отношении ремонтного персонала депо Тула и руководителей Московско-Курской железной дороги.

Воинский эшелон состоял из 19 вагонов итальянского производства с легкими деревянными кузовами и железными ходовыми частями: по багажному вагону в голове и хвосте, 15 вагонов на тележках и 2 дополнительных двухосных, прицепленных в Модане. Вес поезда составлял 526 тонн при длине 350 метров и в нем официально ехало 982 солдата, хотя фактически их было гораздо больше. Вести такой состав должны были два паровоза, так как от Модана (высота 1040 метров над уровнем моря) к расположенному далее Сен-Мишель-де-Морьену (высота 710 метров над уровнем моря) шел крутой спуск в 33 %. Однако на сей раз вести его предстояло лишь одному паровозу типа 2-3-0 (паровоз с тремя движущими осями в одной жёсткой раме и двумя бегунковыми осями), так как второй реквизировали для поезда с боеприпасами. К тому же из всех вагонов воздушными тормозами были оборудованы только первые 3, а на остальных были лишь ручные, поэтому по ним распределили 7 тормозильщиков, которые по гудкам паровоза вручную приводили такие тормоза в действие. Адъютант Жирард, который был машинистом данного поезда, хорошо знал впереди расположенный участок и поначалу отказался вести перегруженный состав. В ответ капитан Файоль пригрозил ему трибуналом, из-за чего машинист был вынужден согласиться. В 23:15 воинский эшелон № 612 отправился от Модана.
Поначалу все шло нормально и машинисту на склоне удавалось контролировать скорость. Но после Френе уклон увеличился и тормозной силы уже оказалось недостаточно. На крутом спуске в долину Морьен эшелон № 612 вышел из-под контроля машиниста и начал стремительно разгоняться. Вскоре стрелка локомотивного скоростемера дошла до максимального значения - 135 км/ч. Ближе к концу спуска скорость начала спадать, но за 1300 метров до Сен-Мишель-де-Морьена сразу после пересечения реки Арк путь изгибался, и в этой кривой максимальная допустимая скорость составляла 40 км/ч. Когда на скорости 102 км/ч состав влетел в этот поворот, сцепку между тендером и первым вагоном разорвало. Первый вагон сошел с рельсов и в него стали врезаться остальные. Деревянные вагоны входили друг в друга, а пламя с находящихся в них свечей (для освещения вагонов) перекинулось на деревянные конструкции и вызвало пожар. Также некоторые солдаты незаконно везли с собой гранаты и оружие, которые теперь подпитывали огонь. Три вагона остановились в узкой выемке, тем самым почти не давая шансов убежать от огня. В общей сложности пожар продолжался около суток.
Когда состав разорвало, машинист настолько был увлечен попытками снизить скорость, что попросту не заметил этого. Стоит отметить, что еще дежурный по станции Ла Пра, увидев быстро несущийся поезд, связался с дежурным по станции Сен-Мишель-де-Морьен и предупредил об опасности, благодаря чему оттуда был спешно отправлен состав, полный британских солдат, что позволило избежать новой катастрофы. Машинист Жирард сумел остановить свой поезд лишь в Сен-Жан-де-Морьен, где наконец оглянулся и осознал что произошло. После этого он с несколькими шотландскими солдатами (также возвращались после битвы при Капоретто) и работниками двух станций отправился к месту катастрофы.

Рядом с местом происшествия находились макаронная фабрика Bozon-Verduraz, а также городской военный госпиталь, в которые стали привозить раненых.
Непосредственно на месте крушения были опознаны 424 погибших, а 135 тел не удалось идентифицировать. Вдоль железнодорожного полотна и у правого берега реки были найдены 37 погибших солдат, которые выпрыгнули из вагонов во время неконтролируемого спуска состава либо после начала пожара. Еще более сотни раненых скончались от ран в течение 15 дней. Выжило лишь 183 человека. Таким образом, в катастрофе погибло около 700 человек. Всех их похоронили в общей могиле у городского кладбища.

Когда в 04:40 рейс 607E не вышел на связь, диспетчеры объявили "Ситуацию неопределенности". Еще через полчаса была объявлена "Чрезвычайная ситуация" и начались поиски авиалайнера. Затем в 06:40 из Гандера пришло сообщение, что установлена связь с рейсом 607E, поэтому поиски были прекращены. Но через два часа в 08:47 диспетчеры в Гандере признали свою ошибку, когда решили, что связь с голландским самолетом была установлена. Массовые поиски были возобновлены и в 13:45 экипаж бомбардировщика Shackleton Королевских ВВС обнаружил в 120 милях к северу от побережья Ирландии плавающие на воде обломки и наполовину надутую спасательную шлюпку (лопнула при ударе о воду). Первыми к месту падения прибыли французское рыболовецкое судно "Jules Verne" и испанский траулер "Bisson". Они достали из воды несколько тел и доставили их в Голуэй. Также вскоре к месту падения прибыли и остальные суда, которые подобрали из воды различный мусор, включая элементы носового шасси, сидения, панели отделки салона. Всего из воды было извлечено 34 тела (8 мужчин, 25 женщин и 1 ребенок) из которых были опознаны только 12. По остановившимся часам трех человек было определено, что катастрофа произошла между 03:45 и 03:55 (впоследствии интервал был определен как между 03:45 и 03:50). Не было найдено ни одного выжившего, все 99 человек на борту погибли.

Как показала экспертиза обнаруженных тел, они не были пристегнуты, что свидетельствовало о скоротечности события, причем экипаж даже не успел передать сигнал бедствия. Также выяснилось, что жертвы к моменту падения в воду уже были мертвы. В связи с этим, в СМИ достаточно быстро набрала популярность версия о взрыве бомбы на борту, при этом усматривалась связь с произошедшим 14 июля 1958 года военным переворотом в Ираке. Однако следователи не нашли никаких убедительных фактов в пользу этой теории. Не было найдено никаких следов взрыва или пожара. Куда более вероятной выглядит версия, что произошел сбой в работе одного из крайних двигателей, когда из-за загрязнения металлическими частицами масла в контуре, регулятор оборотов винта данного двигателя изменил шаг лопастей, в результате чего винт вышел на режим завышенной силы тяги, что привело к потере управления. К тому же, такое уже не раз наблюдалось на данных самолетах, в том числе и в самой KLM.
9 июня 1961 года голландский Совет по аэронавтике закончил расследование по результатам которого заявил, что не может назвать точную причину катастрофы. Наиболее вероятно, что произошел сбой в работе регулятора оборотов одного из крайних винтов, что вскоре привело к потере управления, а экипаж не успел вмешаться и предотвратить это отклонением элеронов и руля направления из-за скоротечности ситуации. По мнению Совета, нет никаких оснований считать, что возникшая предполагаемая неисправность была вызвана халатным отношение обслуживающего персонала, либо неправильными мерами, принятых экипажем, либо ошибками в пилотировании после появления неисправности.