На следующий день 9 марта с экипажем была проведена предполетная подготовка, но так как гидролога-аэролога при этом не было, то и особенности полетов на ледовую разведку не изучали. Полет должен был проходить по маршруту вдоль западных и восточных берегов моря: Аральск - Авань - Барсакельмес - Актумсык - остров Лазарева - Тигровый Хвост - Муйнак - Уялы - Каска-Кулан - Аральск. При этом в задании на полет указывалось, что самолет должен был отвезти четырех гидрометеорологов на метеостанцию на мысе Актумсык, затем совершить посадку в Муйнакском аэропорту. Помимо гидрометеорологов, на борту находился директор гидрометеостанции, который отвечал за организацию ледовой разведки, а также не записанный в полетное задание директор школы, который летел по служебным вопросам в Муйнак. Всего на борту находились 4 члена экипажа и 6 пассажиров.
Согласно выданному экипажу прогнозу погоды, на севере и западе моря ожидался туман с видимостью менее 1000 метров; в центре - облачность с отдельными разрывами и высотой 200-300 метров, без осадков; на юге - верхняя и средняя облачность при видимости 4-10 километров. Экипаж перед вылетом не стал проходить медосмотр, что диспетчер не проконтролировал и разрешил взлет. В 09:52 (07:52 мск) Ли-2 вылетел из Аральского аэропорта и после набора высоты занял заданный эшелон 1800 метров. В 11:04 экипаж доложил о пролете острова Барсакельмес на высоте 1800 метров, что было выше облаков, земля при этом просматривалась. Затем в 11:15 экипаж запросил привод Аральска, на что диспетчер через минуту подтвердил, что привод работает. После этого экипаж самолета на связь больше не выходил.
Доложив пролет острова Барсакельмес, экипаж не стал запрашивать разрешения на снижение у диспетчера аэропорта Джусалы, начав самовольно снижаться, чтобы выполнить задание по разведке ледовой обстановки. На высоте 800 метров Ли-2 вошел в слой разорванных облаков, из которых вышел на высоте 400 метров. Горизонтальная видимость составляла 2-3 километра, была видна поверхность воды. Экипаж держал курс к западному берегу, чтобы затем выполнять полет вдоль него. Пилот-инструктор Правдин А.Я. повернул, чтобы быстрее выйти к берегу. Он старался держать самолет под облаками, однако их высота постепенно понижалась по мере приближения к берегу, затем на высоте около 100-150 метров авиалайнер вошел в туман, при этом видимость сильно упала.
Неожиданно сквозь туман экипаж увидел прямо по курсу обрывистый берег, поэтому пилоты резко потянули штурвалы "на себя", пытаясь перелететь его. Но в 11:30 (09:30 мск) Ли-2 врезался правой плоскостью крыла в край берега, от чего та разрушилась. Далее авиалайнер упал на плато высотой 211 метров и помчавшись по нему начал разрушаться, при этом оторвало и левую плоскость. В 226 метрах от края берега самолет остановился и загорелся.
Когда экипаж перестал выходить на связь, поиски не были сразу организованы, так как считалось, что он остановился на ночевку на одной из точек, с которой не было радиосвязи. Лишь на следующее утро поиски были начаты, а вскоре обломки самолета обнаружили на мысе Байгубекмурын. В результате катастрофы погибли бортмеханик и два гидрометеоролога, а остальные люди, находившиеся на борту, были ранены. В тот же день всех раненых самолетом Ан-2 доставили в районную больницу в г.Аральск.

Причинами катастрофы были названы:
Грубое нарушение экипажем требований НПП ГА-58, выразившееся в выполнении полета над водной поверхностью к берегу в условиях плохой погоды (туман), на высоте, не обеспечивающей безопасность полета.
Другие причины - плохая организация подготовки и выпуска экипажа на ледовую разведку:
не были конкретно разработаны вопросы порядка выполнения данного полета;
отсутствует инструкция по производству полетов по ледовой разведке в бассейне Аральского моря;
на борт были взяты непредусмотренные при ледовой разведке лица, с целью их высадки на площадке метеостанции Актумсык и аэродроме Муйнак.