На небе в это время стояли отдельные облака, тихий северо-западный ветер, дымка, видимость составляла 4 километра, а температура воздуха -25°С. Вскоре после взлета в 20:47 с самолета доложили: "Взлет произвел, на борту все в порядке". Но когда Ил-12 на скорости 200 км/ч поднялся на высоту 100-120 метров, второй пилот увидел на левом моторе пламя и доложил экипажу о пожаре. Командир также увидел хорошо заметные в темноте отблески пламени, а когда и бортмеханик их подтвердил, дал команду зафлюгировать левый воздушный винт. Также командир, намереваясь сбить пламя, ввел авиалайнер в скольжение вправо с вертикальной скоростью 3-4 м/с, в результате чего потерял около 20-30 метров высоты. Затем на высоте 70-80 метров воздушный винт зафлюгировался, а яркое пламя прекратилось. Тогда командир начал выполнять левый разворот для захода на посадку на Алма-Атинский аэродром. В 20:48 экипаж доложил диспетчеру: "Иду на одном моторе", после чего связь прервалась.
Так как самолет продолжал снижаться, командир дал команду бортмеханику: "Форсаж правому мотору!", что и было выполнено. Несимметричность тяги начала разворачивать авиалайнер влево, что создавало значительные нагрузки на руль направления. Почувствовав, что отклонение руля направления вправо (для компенсации момента) требует значительных усилий, командир дал команду бортмеханику снять форсаж, а второму пилоту - не вмешиваться и следить за приборами. После получения команды, правый двигатель был выведен на номинальный режим, что не остановило снижение самолета. Тогда командир дал команду на увеличение работы правого мотора, но поступательная скорость упала до 170—180 км/ч, а потеря высоты не прекращалась. Тогда командир принял решение садиться на расположенный по маршруту полета военный аэродром Первомайка.
На высоте 15-20 метров Ил-12 подошел к аэродрому, но затем командир увидел, что перед ним расположен овраг шириной около 100 метров. Опасаясь не перелететь данный овраг, командир развернул авиалайнер на 90° влево по направлению к жилым домам. Потеряв при этом высоту, Ил-12 в процессе маневра врезался правой плоскостью крыла в стоящую на краю оврага сторожевую будку, а затем сбил несколько небольших деревьев и два телеграфных столба. Затем авиалайнер с работающим правым двигателем приземлился "на брюхо", проскользил около 160 метров и в 20:55 (17:55 МСК) врезался в кирпичный сарай и цементную помойку воинской части. От удара передняя часть фюзеляжа, включая пилотскую кабину, разрушилась, центроплан с плоскостями деформировало, а хвостовую часть оторвало. В результате происшествия погибла стюардесса, а летный экипаж (4 человека) и 2 пассажира были ранены.

Причинами катастрофы были названы:
Прогар клапана воздушного самопуска 10-го цилиндра левого двигателя из-за плохого технического обслуживания, принятый экипажем за пожар в двигателе и приведший к одномоторному полету на низкой высоте.
При выполнении одномоторного полета командир допустил грубые ошибки в технике пилотирования:
производил разворот с креном 5° на неработающий мотор при скорости 170-180 км/ч на высоте 80—70 метров;
переменно давал форсаж правому двигателю в процессе разворота, что значительно увеличивало скольжение самолета с креном на неработающий мотор и приводило к потере высоты и скорости.