В 11:35 (время МСК) Ли-2 вылетел из Куйбышева и в 12:05 на высоте 1500 метров вышел в зону аэропорта Баратаевка (Ульяновск). Руководитель полетов дал указание экипажу набирать высоту 3000 метров и приступать к выполнению задания, при этом не удаляясь от автозавода далее, чем на 10 километров. В 12:23 с самолета было доложено о наборе высоты 3000 метров и начале выполнения задания. В Ульяновске в это время стояла хорошая погода, дымка, видимость 5 километров, болтанка не наблюдалась. Всего в период с 12:05 до 14:06 борт Л4967 пять раз выходил на связь с диспетчерской вышкой аэропорта и три раза с Куйбышевским районным диспетчерским центром и во всех случаях экипаж докладывал, что задание выполняется в нормальном режиме. С земли также не наблюдали каких-либо резких маневров. Когда же задание было закончено, то в 14:05 с самолета запросили разрешение выполнить посадку в Ульяновском аэропорту, чтобы заправиться и переночевать. Однако посадка в аэропорту была запрещена, получение информации о чем экипаж подтвердил. Так как из-за дымки самолет было плохо видно, то в 14:15 его фотографирование с земли прекратили. Затем в 14:25-14:30 в Ульяновский аэропорт по телефону позвонил диспетчер Ульяновского автозавода, который передал, что самолет больше не требуется. Узнав об этом, руководитель полетов попытался вызвать экипаж, но тот не отвечал. В результате поисков, на следующий день обломки самолета были обнаружены на заснеженном поле в 20 километрах от аэропорта Баратаевка.
Следуя по маршруту барражирования, Ли-2 находился в районе выполнения стандартного разворота, когда неожиданно отделились левая плоскость крыла, правая консольная часть стабилизатора, а также рули высоты и верхняя часть руля направления. Авиалайнер устремился вниз и в 14:33-14:34 (время было определено по обнаруженным на месте падения часам) врезался в землю, при этом полностью разрушившись, а весь экипаж (4 человека) погиб. В 560 метрах от него упал левая плоскость с частью центроплана. В 250 метрах от плоскости лежала часть руля поворота, а в 120-150 метрах - часть руля высоты.

Как показали результаты исследований ГОС НИИ ГВФ, во время полета разрушилась конструкция левой части центроплана. Следов усталостных трещин в месте излома найдено не было, то есть разрыв и излом конструкции были свежими. Фактически левую плоскость оторвало из-за перегрузки выше критического. Что до отделившихся частей хвостового оперения, то на них комиссия обнаружила глубокие вмятины, из чего был сделан вывод, что их оторвало при ударе посторонним предметом. Как показали испытания ГОС НИИ ГВФ, этим предметом была отделившаяся левая плоскость.
Точно установить причину появления катастрофической перегрузки комиссия не смогла. Есть вероятность, что в тот момент самолет пилотировался малоопытным вторым пилотом Ткаченко, а командир Семенов его не контролировал. Тогда при выполнении стандартного разворота Ткаченко из-за ошибки в пилотировании мог допустить потерю скорости, в результате чего авиалайнер перешёл в пикирование. В попытке выйти из нее, штурвал был резко взят "на себя", что и привело к созданию перегрузки, разрушившей самолет.

В 09:48 (здесь и далее время МСК) Ил-14 вылетел из Бухареста и в 12:31 благополучно приземлился в Киеве. После трехчасовой стоянки, в 15:27, самолет вылетел в Москву. Согласно прогнозу погоды, в Москве ожидалась сплошная облачность с нижней границей 100-150 метров и ниже, морось, дымка, видимость 1-2 километра. Когда же в 17:48 в условиях начинающихся сумерек румынский авиалайнер вошел в воздушную зону аэропорта Внуково, нижняя граница облачности уже снизилась до 60 метров, стоял туман, а горизонтальная видимость упала до 600 метров, но это было выше метеорологического минимума аэропорта. Радиотехническое оборудование аэродрома было включено и функционировало нормально. Радиосвязь также работала без сбоев.
Действуя по указаниям авиадиспетчера, контролировавшего полет по радиолокатору, экипаж выполнил заход на посадку точно по схеме и после четвертого разворота вышел на предпосадочную прямую. Также под контролем диспетчера самолет вошел в глиссаду и, снижаясь по ней, прошел БПРМ (ближний приводной радиомаяк) точно по курсу и на установленной высоте, после чего на высоте 50 метров с борта доложили о наблюдении огней взлетно-посадочной полосы. Но тут руководитель полетов увидел, что самолет следует ниже установленной высоты, поэтому дал команду не снижаться. Однако экипаж не выполнил эту команду, в результате чего в 80 метрах за БПРМ Ил-14 на высоте 10-15 метров над землей начал врезаться в деревья. Промчавшись через лес на протяжении 120 метров и потеряв скорость, авиалайнер врезался в землю и загорелся. Катастрофа произошла в 17:58 в 500 метрах от полосы и 130 метрах левее продолжения ее оси. Экипаж получил тяжелые травмы, при этом штурман Хрюкалов погиб на месте, а командир Шляков и борттехник Павликов умерли позже в больнице. Из пассажиров погиб только секретарь Румынской коммунистической партии, бывший Министр иностранных дел Румынии и кандидат в члены Политбюро Григоре Преотяса, который умер при ударе. Остальные пассажиры получили легкие травмы. Среди выживших пассажиров находились Председатель совета министров Киву Стойка и член Политбюро Николае Чаушеску (будущий Генеральный секретарь ЦК Румынской коммунистической партии).
Таким образом в катастрофе погибло 4 человека, 12 выжили.

Причиной катастрофы была названа ошибка командира экипажа Шлякова, который при установлении визуального контакта с полосой полностью сосредоточился на ней и начал выполнять снижение, даже после указания прекратить снижаться, в результате чего произошла преждевременная потеря высоты.
Способствовало катастрофе то обстоятельство, что экипаж не был подготовлен, чтобы выполнять посадку ночью при плохих погодных условиях. На самом деле метеорологический минимум командира составлял 150/1500 метров днем и 200/2000 метров ночью, то есть он не должен был выполнять данный полет. Однако в Киевском аэропорту командир сказал диспетчеру, что его личный метеорологический минимум 50/500 метров, а диспетчер это не проверил, поверив на слово. Затем на подходе к аэропорту назначения командир также соврал диспетчеру во Внуково о своей квалификации, тем самым обманув и его. Также было установлено, что экипаж находился в командировке в Румынской республике с 1954 года, то есть около 3-х лет, при этом контроль над ним отсутствовал, а систематические тренировки не проводились, в результате чего снизилась квалификация. К данному полету экипаж также не готовился и не проверялся. Все эти обстоятельства привели в итоге к тому, что у командира экипажа появилась завышенная самооценка и он переоценил свои возможности.

На борт сели 22 пассажира, после чего в 11:45 экипаж запросил разрешение следовать к стартовой позиции. Однако авиадиспетчер сперва спросил, установлена ли на руль поворота струбцина. В ответ было доложено, что все струбцины сняты, после чего экипаж попытался получить разрешение следовать к началу взлета без установки струбцин. Но диспетчер настойчиво потребовал струбцину всё-таки установить. Прошло некоторое время, после чего экипаж повторно доложил, что они готовы следовать к стартовой позиции. Диспетчер решил, что экипаж поставил струбцину, а потому дал разрешение следовать к началу полосы. Однако, согласно показаниям очевидцев, струбцина на самом деле не была установлена. Стоянка на предварительном старте заняла 5 минут, по истечении которых экипаж доложил о проведении контроля согласно карты обязательных проверок, после чего запросил разрешение на взлет. Когда это разрешение было получено, в 11:58 борт Л1309 выполнил взлет в северо-восточном направлении.
После взлета самолета руководитель полетов спросил у экипажа об условиях взлета, однако ответа не получил. Когда руководитель полетов еще раз вызвал борт Л1309, то экипаж ответил лишь "не мешайте", однако затем все же доложил: "Очень плохие, очень плохие". В это время на посадку заходил Ил-12 борт Л1346, экипаж которого увидел борт Л1309, при этом тот не выходил из зоны аэропорта, а наоборот - следовал по траектории захода на посадку и уже находился в зоне четвертого разворота. Выполнив медленный доворот почти без крена, авиалайнер потом вернулся на траекторию маршрута. На основании показаний экипажа Л1346 можно сделать вывод, что после взлета экипаж борта Л1309 обнаружил, что у них неисправность в органах управления самолетом, поэтому командир экипажа Лопатников, не докладывая о случившемся руководителю полетов, принял решение вернуться в аэропорт вылета, но в районе четвертого разворота уже передумал и решил продолжить полет.
В 12:06 экипаж перешел на связь с главным командно-диспетчерским пунктом (ГКДП), а в 12:24 наконец сообщил о неисправности на борту, доложив, что отказало управление рулем направления. Диспетчер спросил, какое решение принял экипаж, на что командир Лопатников сообщил, что возвращаться в Хабаровск не будет из-за сильного ветра ("у вас садиться нельзя из-за сильного ветра"), а вместо этого направляется в Архару. Когда диспетчер ГКДП сообщил об этом в Хабаровский районный диспетчерский центр, то там руководитель полетов также принял решение, что Л1309 должен следовать в Архару. При этом диспетчер в Хабаровском центре не следил за полетом рейса 10 по радиолокатору. В 12:35 экипаж передал, что они прошли Биробиджан в 12:32 на высоте 2100 метров. Диспетчер не стал уточнять условия полета и характер неисправности на борту, вместо этого дав указание переходить на радиосвязь по УКВ. Это был последний радиообмен с рейсом 10. После этого экипаж на связь уже не выходил и на вызовы не отвечал. Поиски самолета ничего не дали, поэтому он был объявлен пропавшим без вести.

В июне 1958 года на северо-западном склоне горы Поктой и в 30 километрах западнее Биробиджана был замечен полностью разрушенный и сгоревший авиалайнер, в котором был опознан пропавший борт Л1309. 15 июня место происшествия было осмотрено следственной комиссией. Войдя в снижение по спирали, Ил-12 с работающими двигателями под углом 85° и с правым креном врезался в склон сопки крутизной 45°, при этом все 27 человек на борту погибли.

Как было установлено комиссией, ранее в тот же день в Хабаровском аэропорту у самолета Ил-12 борт Л1330 резкий порыв ветра неожиданно отклонил руль направления. Когда авиалайнер осмотрели, то обнаружили, что у него разорвало трубу руля поворота между качалкой и корневой нервюрой, а заодно повредило кницы и профиль жесткости у среднего узла крепления руля. В момент отклонения руля борт Л1330 стоял относительно направления ветра так же, как позже встанет на перроне борт Л1309. На основании этого случая, а также доклада экипажа через 26 минут с момента вылета, комиссия пришла к выводу, что у борта Л1309 во время стоянки и следовании к началу взлета из-за воздействия порывов ветра также разрушило трубу руля направления, а уже в полете разрушило средний узел крепления руля к килю.
Когда через 7 месяцев авиалайнер был найден, то комиссия при его осмотре обнаружила, что трубу руля скрутило и разрушило, то есть характер ее повреждений был такой же, как и у Л1330. Таким образом, выводы комиссии об отказе руля направления из-за воздействия порывов ветра были полностью подтверждены.

Виновными в катастрофе были признаны заместитель командира 198-го объединенного авиаотряда по движению, начальник ЛЭРМ и руководитель полетов, которые знали о поломке борта Л1330, но не стали давать указания прекратить вылеты самолетов и проверить техническое состояние их (самолётов) органов управления. Все, чем они ограничились, так это указанием авиадиспетчерам аэропорта разрешать самолетам выруливать на старт только при условии установки струбцин, но не контролировали выполнение этого указания. Также авиадиспетчеры, имея необходимые радиолокационные средства, не следили за полетом рейса 10 и не контролировали его, когда тот оказался в сложных условиях. В свою очередь командир экипажа Лопатников не выполнил указание диспетчера об установке струбцины, в результате чего во время выруливания по аэродрому у его самолета был поврежден руль направления, то есть вылет выполнялся с неисправным рулем направления.

Когда рейс 11 вышел из воздушной зоны Иркутского аэропорта, он начал постепенно отклоняться вправо к югу от маршрута. В диспетчерском центре Иркутска в тот день дежурил Бутенко, который через 21 минуту после вылета самолета (15:31) наблюдал по обзорному радиолокатору, что авиалайнер отклонился к югу на 17 километров, но не стал требовать от экипажа возвращаться на маршрут полета. Руководитель полетов диспетчерской службы Иркутского аэропорта Картавов в свою очередь не следил за рейсом 11, а потому даже не догадывался, что тот уклоняется к югу. Когда самолет пересекал воздушную зону Улан-Удэнского аэропорта, то диспетчер (Мальковский) данного аэропорта не стал включать обзорный радиолокатор и следить за самолетом, а получив истинный пеленг, не стал прокладывать его по карте и не контролировал движение самолета по направлению. Когда Ил-12 пролетел Улан-Удэ, то он уже был в 30 километрах южнее трассы. Экипаж имел данные, что авиалайнер отклоняется все дальше к югу, но не принимал никаких мер по возврату на трассу. Даже когда в 16:28 был получен пеленг от радиопеленгатора Читинского аэропорта, который, несмотря на неточность, также показывал, что рейс 11 отклонился к югу, экипаж не стал использовать эти данные. Как было впоследствии установлено, ни один пеленг на карте они не прокладывали.
Когда самолет выходил из зоны Иркутского районного центра и переходил в зону Читинского центра, то он уже был в 40-50 километрах к югу от трассы. При таком большом расстоянии экипаж не мог настроить радиокомпас на приводные радиостанции Беклемишево и Чита, а также получать пеленги. Не сумев связаться по командной радиостанции, экипаж принял решение снизиться до высоты 2400 метров. Затем они увидели дорогу, как они решили, Романовка-Чита, что северней Читы, и направились вдоль нее в южном направлении, намереваясь так выйти к Чите. На самом деле, это была дорога Дарасун-Акша, которая, наоборот, уводила их от Читы еще дальше на юг. Руководитель полетов Макаров и авиадиспетчер Баранов с 17:25 по 17:33 получили несколько четких пеленгов с рейса 11, но не следили за его полетом. Даже когда пилоты передали, что они не находят приводные радиостанции, не могут получить пеленги и фактически потерялись, авиадиспетчеры не стали им помогать. Сам экипаж ранее получал четкие пеленги, свидетельствующие о том, что лайнер уходит к югу, но не стал использовать эту информацию. Вместо этого экипаж пытался сориентироваться на местности и дважды снижался над неопознанным горным районом.
Между тем, запас топлива уже подходил к концу. Будучи дезориентирован на местности, в 18:30 экипаж доложил в Читинский диспетчерский центр, что будет производить вынужденную посадку близ замеченного ими населенного пункта. Этим населенным пунктом было село Акша. Экипаж выполнил три захода на посадку на выбранную площадку, когда во время четвертого захода на высоте 900 метров (200-250 метров над уровнем подобранной площадки) Ил-12 врезался в покрытую лесом сопку высотой 1000 метров. Авиалайнер зацепил деревья, при этом оторвало левую часть крыла. Промчавшись сквозь деревья на протяжении 340 метров и разрушаясь о них, самолет остановился на противоположном склоне сопки на высоте 850 метров. Катастрофа произошла в 18:55 МСК (00:55 1 октября по местному времени) в 3 километрах юго-восточней Акши и в 190 километрах южнее Читы. Прибывшие спасательные службы обнаружили на месте падения одного тяжелораненого пассажира. Остальные 27 человек (22 пассажира и все 5 членов экипажа) погибли.

По мнению комиссии, расследующей происшествие, катастрофа произошла из-за ряда ошибок и нарушений. Одним из виновников стал экипаж, который потерял ориентировку, а затем начал действовать неправильно при попытке ее восстановить. Помимо этого, в Иркутском и Читинском диспетчерских центрах авиадиспетчеры не следили за полетом самолета и не предпринимали попыток вернуть его на маршрут. Помимо этого, Читинский диспетчер (Баранов) за все 2 часа 15 минут, что самолет находился в его зоне, не пытался определить, где же этот самолет находится, и не передал ему ни одной команды. Более того, когда случилась катастрофа, Баранов попытался в журнале сделать запись о команде "возьмите курс 3°", которая на самом деле не передавалась. Руководители полетов не контролировали работу диспетчеров, а когда стало известно, что экипаж рейса 11 потерял ориентировку, не стали использовать имеющиеся пеленги, чтобы вернуть его на маршрут. Наконец, диспетчер Улан-Удэнского аэропорта, в нарушение инструкций, не включал обзорный радиолокатор и не контролировал полет.