В 08:09 экипаж установил связь с диспетчерским центром в Лиме и доложил, что следует на высоте 36000 футов (11000 м), рассчитывает пройти точку Pisco в 08:13, а в 08:36 приземлиться в аэропорту Кальяо (Лима), после чего запросил разрешение на снижение. В ответ диспетчер сообщил о встречном самолете - Douglas DC-6, который вылетел из Лимы в 07:36, следовал на высоте 13500 футов (4100 м) и также рассчитывал пройти Pisco в 08:13.
В 08:13 рейс 810 прошел Писко, после чего в 08:14 экипаж доложил о начале снижения. В 08:19 с самолета доложили о достижении высоты 26000 футов (7900 м), на что диспетчер дал разрешение продолжать снижение и выполнять прямой заход на посадку на полосу 33. В 08:24 экипаж доложил диспетчеру подхода о прохождении высоты 15000 футов (4600 м) и что он в 10 минутах полета от аэродрома. В 08:30 на высоте 12000 футов (3700 м) рейс 810 подошел к Лас-Пальмасу. Так как он еще находился достаточно высоко для выполнения захода на посадку, диспетчер подхода посоветовал выполнить разворот на 360° со снижением над Лас-Пальмасом, после чего повторно доложить о его прохождении. После разворота самолет вновь было вернулся на курс 330°, но фактически следовал теперь чуть правее. Пройдя к востоку от аэропорта Луматамбо, авиалайнер повернул вправо, направившись к аэропорту Кальяо. Затем экипаж повернул на юг, чтобы занять курс, обратный посадочному, и следовал так, пока не прошел западнее Лас-Пальмаса, после чего продолжал полет еще на протяжении трех минут, прежде чем развернулся на 180° на север для захвата посадочного курса 327°. Затем в 08:37 связь с рейсом 810 внезапно прервалась. После ряда неудачных попыток связаться с экипажем в 08:55 диспетчер подхода объявил чрезвычайную ситуацию.
В 18:00 GMT (13:00 местного времени) перуанские ВВС обнаружили обломки самолета на горе Крус (La Cruz, высота около 750 метров) в 25 километрах к востоку от аэропорта Кальяо и в 20 километрах от Лимы. Примерно в 08:37 GMT (03:37 местного времени) летящий в темноте с фактическим курсом 333° "Боинг" в 8 милях восточнее траектории захода на высоте около 2000 футов (610 м) врезался в гору и взорвался, полностью разрушившись. Все 97 человек на борту погибли.

Причиной катастрофы комиссия назвала уклонение самолета, когда он следовал вдоль курса, обратному посадочному для аэропорта Кальяо. Чем было вызвано данное уклонение, следователи определить точно не смогли.

В 22:12 (здесь и далее среднее время по Гринвичу) борт вылетел из Люксембурга и уже 2 марта в 07:57 лайнер приземлился в аэропорту Хартум (Судан). Здесь стоянка составила около часа, после чего в 09:05 "Дуглас" поднялся в воздух и ровно через десять часов в 19:05 того же дня приземлился в аэропорту Лоренсу-Маркиш (Португальская колония Мозамбик). Здесь стоянка составила уже чуть более полутора суток, что позволяло экипажу как следует отдохнуть. 4 марта в 08:00 самолет вылетел из Лоренсу-Маркиша и в 16:45 приземлился в аэропорту Дуалы (Камерун). До этого полет по маршруту проходили без отклонений.
Всего на борту находились 101 пассажир и 10 членов экипажа. В Дуале имелась достаточно длинная взлетно-посадочная полоса 12/30 протяженностью 2850 метров. Экипаж выбрал полосу 12 для взлета в юго-юго-восточном направлении. К тому времени уже стояла темная безлунная ночь, так как закат был в 17:35, а вечерние сумерки закончились в 17:56. В 18:02 были запущены двигатели, а в 18:05 самолет отъехал от перрона и направился к началу полосы 12. По указанию диспетчера рейс 153 задержался у предварительного старта примерно на 7 минут, так как в 18:13 в аэропорту приземлился Douglas DC-4 борт F-BBDK авиакомпании Air Afrique. На небе в это время стояла переменная облачность высотой от 400 метров, влажность 79%, ветер слабый северо-западный, температура воздуха 28.8° C. По сообщению экипажа африканского DC-4, к юго-востоку от аэропорта наблюдались кучево-дождевые (грозовые) облака, хотя небо над аэродромом и зоне посадки на полосу 30 (взлета с полосы 12) было чистым. DC-7 занял исполнительный старт в начале полосы 12, после чего диспетчер услышал увеличение оборотов двигателя, что производилось для очистки свечей зажигания и двигателей после продолжительной работы на холостом ходу. Подготовка двигателей заняла несколько минут, после чего в 18:20 рейс 153 выполнил взлет. Диспетчер наблюдал за взлетом, а в ходе расследования сообщил, что взлет выполнялся с выключенными посадочными фарами, при этом длина разбега по полосе составила 2400 метров.
Согласно показаниям диспетчера, самолет поднимался медленно, а вскоре были видны только его навигационные огни на малой высоте, которые затем скрылись за деревьями, а через пять секунд небо осветила яркая вспышка. Летя в полной темноте самолет подошел к границе джунглей, после чего в 2040 метрах от торца полосы 30 (2500 метров от точки взлета) и в 405 метрах левее продолжения ее оси, на высоте 22 метра над уровнем ее торца врезался в дерево диаметром около 20 см. Экипаж попытался уклониться от джунглей, но через 72 метра "Дуглас" врезался левой плоскостью крыла еще в два дерева. Теряя высоту и входя в левый крен, "Дуглас" пролетел еще 130 метров, после чего в 18:21 под углом 21° врезался в левый берег протекающего через джунгли ручья (приток реки Вури), и взорвался. Вытекшие из баков топливо и масло разлились по поверхности воды и загорелись. Выступающая над водой часть самолета была уничтожена пожаром, а все 111 человек на борту погибли.

26 июля 1963 года французская комиссия в Париже выпустила отчет по катастрофе рейса 153, в котором указала, что не может точно определить причину катастрофы. Есть лишь версия, что ее могло вызвать заклинивание пружинного механизма рулей высоты, что потребовало увеличения прикладываемых к штурвалу усилий. Не готовый к такому экипаж мог затянуть пробег по полосе, а после уборки закрылков произошла потеря высоты. Был ли на борту отказ какого-либо из приборов и могло ли это привести к катастрофе, комиссия также не смогла установить в виду полного разрушения приборов.

В 17:20 экипаж установил первый контакт с диспетчерским центром в Бомбее и доложил, что они следуют на эшелоне 360 (11 км), а ожидаемое время посадки (ETA) в Бомбее - 18:45, после чего запросил прогноз погоды на ETA. В 17:47 экипаж получил прогноз погоды от 17:30, а в 18:01 занял эшелон 350 (10.7 км). В 18:14 с самолета доложили о прохождении Аколы на эшелоне 350 в 18:13 и расчетном времени прохождения Аурангабада в 18:26, после чего будет начато снижение. В 18:20 экипаж установил связь с диспетчером подхода и спросил, можно ли начать снижение с эшелона 350 до эшелона 200, после того как будет пройден Аурангабад. Ответ был положительным. В 18:24:36 с самолета доложили о начале снижения, а в 18:25 диспетчер дал разрешение на снижение до эшелона перехода 4000 футов (1.2 км), эшелон полета 55 (1.67 км). В 18:29 экипаж доложил, что для посадки выбирает полосу 27. Затем в 18:38:34 экипаж запросил разрешение выполнить на высоте 5000 футов (1.52 км) разворот на 360 градусов со снижением, чтобы выйти на внешний маркер и далее выполнить прямой заход на посадку. После положительного ответа (диспетчер не расслышал, что разворот будет со снижением), в 18:39:58 с борта самолета было доложено о начале выполнения разворота на 360 градусов. Это было последнее сообщение с рейса 771. После этого экипаж на вызовы уже не отвечал и на связь не выходил.
В регионе стояла глубокая ночь. Хотя газеты позже и писали о сильном дожде и шквалистом ветре, но по официальным данным грозовой активности не было. Согласно показаниям местных жителей, а также экипажа DC-4 компании Indian Airlines, в это время шел небольшой дождь, однако никаких молний или аномальных погодных явлений не наблюдалось. Таким образом, погодные условия не были сложными. Затем, согласно показаниям местных жителей, примерно в 18:40 (00:10 8 июля по местному времени) на холме Давандячи, что в 11 километрах северо-западнее города Джуннар у вершины возник огромный огненный шар, который словно подпрыгнул, после чего быстро погас. Летящий по курсу 240 градусов рейс 771 на высоте 3600 футов (1097 метров, исходя из застывших показаний высотомера второго пилота) и в 5 милях (8 км) севернее обычного маршрута врезался в пологий склон всего в 5 футах (1.52 м) ниже ее вершины, после чего отскочил вверх и взорвался. Обломки разлетелись по широкой площади и быстро потухли. Все 94 человека на борту при этом погибли.

Было проведено в общей сложности 51 заседание и судебное слушание, а общий объем материалов расследования составил около 2300 машинописных страниц. В итоге виновником катастрофы был назван погибший командир Куаттрин, который из-за навигационной ошибки начал преждевременное снижение ночью и в приборных условиях полета. Не было найдено доказательств нахождения на борту плана полета, также как и присутствия в прогнозе погоды информации о муссоне, что привело к дезориентированию экипажа на местности. Способствовали катастрофе отказ командира использовать для определения местоположения доступные навигационные объекты, нарушение предписанной минимальной высоты и то, что экипаж не был знаком с местностью.