Инцидент произошел 27 марта 1968 года. Вместе с опытным инструктором Владимиром Серегиным Гагарин выполнял тестовый полет на МиГ-15. Летчикам пришлось столкнуться с плохими погодными условиями. В какой-то момент экипаж самолета потерял связь с внешним миром. Вскоре тела пилотов были обнаружены на дне кратера в лесу. Расследование гибели Гагарина заняло 29 томов. Данная информация долгое время была засекречена ввиду нежелания властей «расстраивать» советских граждан. По одной из версий, самолет вошел в так называемое черное пике из-за облачности. Летчики потеряли управление и не успели катапультироваться.

Вторая версия утверждала, что МиГ-15 мог столкнуться с другим самолетом. Гагарин и Серегин ушли от столкновения, совершив опасный маневр, который и привел к трагическому концу. По словам авиаинженера Игоря Кузнецова, в кабине пилотов не была закрыта вентиляционная панель. В результате такой оплошности значительно упало давление, что привело пилотов к потере сознания.

Также особого внимания заслуживает версия из разряда «теорий заговора». Считается, что Гагарин очень мешал руководителю страны Леониду Брежневу. Дополнительная версия строится на зависти летчика Серегина. Согласно официальной версии, Гагарин погиб из-за «изменившейся в полете воздушной обстановки». Самолет выполнил резкий маневр и сорвался в так называемый штопор. После этого произошло падение.