Feralny lot rozpoczął się o godz. 10.18 rano. Radziecki IŁ-62M „Tadeusz Kościuszko” należący do Polskich Linii Lotniczych LOT wystartował z Okęcia do Nowego Jorku. Na pokładzie była 11-osobowa załoga i 172 pasażerów. Pierwszym pilotem był kapitan Zygmunt Pawlaczyk - jako pilot cywilny w LOT od 1955 roku.
O godz. 10.40 nastąpiła awaria jednego z czterech silników. Na pokładzie samolotu, który znajdował się wtedy nad Grudziądzem, wybuchł pożar. Aby uniknąć lądowania w mieście, co mogłoby spowodować znaczną liczbę ofiar, piloci postanowili zawrócić. Rozważano awaryjne lądowanie na lotnisku w Modlinie, ostatecznie zdecydowano się na Okęcie, ponieważ warszawski port mógł najszybciej zapewnić pomoc służb ratowniczych.
O godz. 11.12, mimo podejmowanych przez załogę prób awaryjnego lądowania, samolot rozbił się w Lesie Kabackim. "Dobranoc!!! Do widzenia!!! Cześć!!! Giniemy!!!" - to zapis ostatnich słów, jakie zarejestrowała czarna skrzynka z kabiny pilotów. Stenogram rozmów zapisanych przez czarną skrzynkę został opublikowany.
Wybuch ściągnął w pobliże katastrofy mieszkańców okolicznych domów, już po kilku minutach od tragedii miejsce katastrofy otoczyło wojsko i funkcjonariusze ZOMO. Według relacji świadków, zebranych w książce Jarosława Reszke "Cześć, giniemy! Największe katastrofy w powojennej Polsce" wydanej w 2001 r., widok miejsca tragedii był makabryczny.
Większość szczątków przewieziono do Zakładu Medycyny Sądowej w Warszawie. Żadne z ciał nie zostało znalezione w całości. Na cmentarzu w Wólce Węglowej ustawiono specjalny namiot, by tam rodziny ofiar mogły zidentyfikować zabitych.
Jak ustalono, bezpośrednią przyczyną katastrofy była "awaria łożyska podpory pośredniej wału silnika". Na skutek zatarcia łożyska i miejscowego przyrostu temperatury doszło do pęknięcia wału podczas zwiększenia mocy silnika. Wobec braku mechanicznego połączenia turbiny ze sprężarką doszło do rozkręcenia się i rozpadnięcia turbiny jednego z silników na lewej burcie samolotu.
Bezpośrednią przyczyną katastrofy była wada produkcyjna spowodowana błędem wykonawczym. "Trzeba pamiętać, że do katastrofy przyczyniła się także specyficzna konstrukcja samolotu" - zaznaczył ekspert lotniczy Tomasz Hypki. Wyjaśnił, że w konstrukcji Iła-62M rozpad jednego silnika powoduje, że i drugi automatycznie ulega zniszczeniu. "Następnie elementy mogą zniszczyć kadłub i system sterowania" - dodał. Hypki zaznaczył, że obecnie silniki umieszcza się pod skrzydłami samolotu, gdyż wtedy jest mniejsze prawdopodobieństwo, że w przypadku awarii zniszczy on inne ważne elementy struktury.
Według raportu rządowej komisji "części rozerwanego wirnika" uszkodziły sąsiedni silnik, przebiły tylną część kadłuba i uszkodziły system sterowania.
Strona radziecka długo nie mogła pogodzić się z wynikami raportu, twierdząc, że o katastrofie zdecydowały błędy pilotów, a wszelkie uszkodzenia silników samolotu powstały dopiero w wyniku zderzenia maszyny z ziemią.
Prowadząca śledztwo w sprawie katastrofy "Kościuszki" Prokuratura Wojewódzka w Warszawie umorzyła je wobec niestwierdzenia przestępstwa. Wadliwe konstrukcyjnie IŁ-y 62M wycofano z eksploatacji dopiero w latach 1991-92. Jedna z ulic warszawskiej dzielnicy Ursynów nosi imię pierwszego pilota maszyny tego rejsu Zygmunta Pawlaczyka.
Aby uczcić pamięć zabitych, w Lesie Kabackim postawiono krzyż i tablicę z nazwiskami wszystkich ofiar.
Wcześniej w Polsce miało miejsce kilka katastrof lotniczych. 14 marca 1980 r. w pobliżu lotniska na Okęciu rozbił się lecący z Nowego Jorku Ił-62 "Mikołaj Kopernik" Polskich Linii Lotniczych; zginęło 87 osób.
53 osoby zginęły w kwietniu 1969 r., gdy na północnym stoku Policy w Paśmie Babiogórskim rozbił się samolot LOT-u. W 1962 r. w pobliżu lotniska Okęcie, także w katastrofie maszyny LOT-u, zginęły 33 osoby. W lutym 1973 r. pod Szczecinem miała miejsce katastrofa rządowego samolotu, w której zginęło 18 osób.
10 kwietnia 2010 r., prezydencki samolot lecący na obchody 70-lecia zbrodni katyńskiej rozbił się pod Smoleńskiem w Rosji; zginął prezydent Lech Kaczyński, jego żona i 94 osoby, w tym wielu wysokich urzędników państwowych i dowódców wojskowych.