9 часов. Старший синоптик ЛИС Усманов получил сводку о погоде по маршруту Казань-Москва. В районе Казани и Москвы она была летной, однако в районе Арзамаса наблюдалась низкая, до 200 метров, облачность. По правилам, разрешение на вылет командир экипажа получал при наличии информационного бланка с прогнозом и визой начальника ЛИС. В этот день к синоптику за информационным бланком никто из экипажа машины №14-11 не обращался.
11 часов. Пропуска наконец-то выписаны, на аэродроме появляются экипажи, назначенные к вылету. К этому времени Петляков получает разрешение НКВД на выезд в Москву. Воентехник 2-го Дальнеразведывательного авиационного полка Н.М.Орехов приступил к осмотру самолета № 12-11, закончив его в 13 часов. Для осмотра Пе-2 №14-11 времени уже не осталось, так как зимний световой день короткий, а эти две машины не были приспособлены для ночных полетов. Об этом Овечкин знал и дал команду на вылет. Орехов побежал за формулярами и, когда вернулся, самолеты были готовы к взлету.
13 ч. 20 мин. У самолетов №12-11 и №14-11 находятся их экипажи, В.М.Петляков, его заместитель А.М.Изаксон, который летит на машине №12-11, начальник аэродромной группы военного представительства А.Х.Кабакчиев, полковник С.Шестаков, знаменитый своим перелетом в Америку на самолете «Страна Советов». Кабакчиев предлагает Петлякову остаться (в который раз!!), и лететь завтра с заводскими перегонщиками, но тот отказывается. Отказывается и от предложенного ему парашюта, мотивируя это тем что «на моей машине он мне ненужен». Таким образом, Петляков летел вместо воентехника Орехова, рядом со стрелком в задней кабине, без летного костюма и парашюта, которым он всё равно вряд ли смог бы воспользоваться: полёт проходил на небольшой высоте, а выбраться из заваленной грузами кабины было почти невозможно.
13 ч. 40 мин. Самолеты взлетели.
Полёт Пе-2 № 14-11 продолжался 35 минут. Сразу после того как самолёты пересекли железную дорогу, за машиной потянулся дымный шлейф, она стала снижаться, круто развернулась на 160-200°, словно ложась на обратный курс, и круто пошла к земле. Случайные очевидцы видели, что на высоте 50-100 метров она была охвачена пламенем и пикировала под углом 60 градусов с левым креном. В одном километре от д. Мамешево машина ударилась о землю. Взрыв бензобаков разметал обломки самолёта на площади 150x150 м. При расследовании сотрудники госбезопасности особое внимание уделили техническому состоянию самолёта. На месте катастрофы собрали все фрагменты и обломки, тщательно допросили всех, кто имел отношение к работе с Пе-2 №14-11. Подсказкой стало сообщение 2 февраля 1942 г. агента госбезопасности «Шахова», который информировал старшего лейтенанта ГБ Баскакова о том, что на аэродроме завода №22 в последние дни было несколько случаев разьединения всасывающих патрубков при гонке. Перемонтаж этих патрубков производился на готовом моторе в сборочном цехе при установке моторчика привода нагнетателя. Эта работа из-за недобросовестной установки стягивающих хомутов приводила к разъединению патрубков. Были случаи, когда на стягивающие хомуты забывали ставить гайки. Во время испытаний или в полете хомуты слетали, и патрубок, идущий от нагнетателя к заднему карбюратору, соскакивал. В результате этого в цилиндрах двигателя происходило неполное сгорание смеси и ее выброс в выхлопной коллектор с последующим возгоранием. Это предположение в дальнейшем подтвердилось мнением специалистов.
