После защиты дипломной работы в Академии Жуковского Ю.А.Гагарин приступил к летной практике — тренировочным полетам на самолете МИГ-15 УТИ. В период с 13 по 22 марта он совершил 18 полетов общей продолжительностью 7 часов.

     На 27 марта был назначен последний контрольный полет с летчиком-инструктором В. С. Серегиным. Погода в то утро была пасмурная. Строгий предполетный медицинский контроль оба летчика прошли успешно. Самолет и наземный комплекс наблюдения были тщательно подготовлены к полету.

     В 10:19 самолет с позывными 625-й, пилотируемый Гагариным и Серегиным, поднялся в воздух. По заранее намеченному плану им предстояло совершить два полета в зону и по кругу продолжительностью по 30 минут каждый. Полет должен был проходить между верхним и нижним слоями облаков, где была хорошая видимость. Итак, истребитель взлетел, с экипажем поддерживалась постоянная радиосвязь, на командном пункте за самолетом постоянно следили радиолокационные станции. Все проходило по плану, о чем свидетельствуют данные радиообмена с летчиками.

     В 10:30 Гагарин сообщил об окончании задания и попросил разрешения развернуться и лететь на базу. Это было его последнее сообщение, связь с самолетом вдруг оборвалась. Трудно было предположить, что же могло случиться с 625-м. Но, когда, по расчетам, у самолета кончилось топливо, все, кто был на аэродроме, поняли — произошло что-то серьезное. В зону пилотирования немедленно были высланы вертолеты. Поиск продолжался более 3 часов. Наконец в 14:50 одному из вертолетов удалось обнаружить обломки самолета МИГ-15 УТИ примерно в 65 км от аэродрома. К месту падения тут же были высланы специалисты.

     Вот как описывает помощник главкома ВВС по космосу генерал-полковник авиации И. П. Каманин то, что он увидел: «Самолет упал в густом лесу, угол падения приблизительно 47-50, скорость в момент удара о землю была 660-680 км/ч. При ударе и последовавшем взрыве самолет развалился на мелкие части. Передняя часть самолета ушла в землю примерно на 4 метра. Крылья, хвостовое оперение, подвесные топливные баки и кабина разрушились и были разбросаны в полосе 300 на 200 м. По некоторым признакам стало ясно, что экипаж погиб и что погибшие — это Ю. А. Гагарин и В. С. Серегин.»

     В результате произведенных поисковых работ удалось обнаружить и собрать 95% деталей, частей и агрегатов самолета, что позволило утверждать то, что все или почти все устройства, узлы, приборы и агрегаты на самолете были и в момент столкновения с землей нормально работали. Что же могло быть причиной гибели летчиков? Чтобы ответить на этот вопрос тогда, необходимо было собрать воедино все имеющиеся факты и провести тщательный анализ полета. Но в 1968 году этого сделано не было.

     Правительственная комиссия после недолгого изучения собранных фактов дала заключение о том, что МИГ-15 УТИ, пилотируемый Гагариным и Серегиным, при выполнении учебного полета в зоне сорвался в штопор и, совершив несколько витков при выводе из крутого пикирования, врезался в землю. Но сразу было установлено то, что нижний край облачности в районе падения находился на высоте 400 метров вместо обещанных метеопрогнозом 800-900. Именно 200-300 метров не хватило летчикам для окончательного выхода из пикирования. Но из-за чего же самолет свалился в штопор? По мнению комиссии, самолет столкнулся с шаром-зондом метеорологической службы. Реальных доказательств эта версия не имела, так как остатков шара-зонда не было найдено в радиусе 3 километров от места падения. однако не все члены комиссии были согласны с такими выводами, так как самолет. пилотируемый таким опытным летчиком, как В. С. Серегин, в случае непредвиденных обстоятельств мог совершить вынужденную посадку, или в крайнем случае экипаж мог катапультироваться. Но в 1968 году дополнительному расследованию не дали ход.