Штурман вероятно определяет, что обойти «верхом» грозовой фронт на эшелоне 360 не удастся и просит диспетчера разрешить набор эшелона 380 (~11600 м).

Диспетчер даёт разрешение на набор эшелона 380. Далее экипаж пытается оценить возможность обхода зоны грозовой деятельности:

Штурман: «...с провалами...».
КВС: «Надо ее, наверное, выше... Так, вроде светленько».
Штурман: «Вот сверху тут».

Самолёт занимает эшелон 380, после чего экипаж уменьшает режим работы двигателей с 86% до 76-80%, обеспечивая горизонтальный полет на скорости Маха (число М) 0.8 – 0.83.

Число Маха – истинная скорость полета самолета (скорость перемещения относительно воздушной массы), разделенная на скорость распространения звука в данной среде (на конкретном эшелоне полета).

Командир произносит фразу: «Чуть бы повыше», а штурман уже докладывает диспетчеру о занятии эшелона 380. Данная фраза КВС может свидетельствовать об отсутствии у него уверенности в наличии необходимого запаса высоты, требуемого при обходе грозовой облачности сверху.

Штурман запрашивает разрешение на изменение маршрута:

Пулково 6-12, для обхода влево 10 (прим.: градусов) разрешите.

Диспетчер даёт разрешение на изменение курса, однако к этому моменту времени очаг грозы уже находится в непосредственной близости по курсу полета самолета.

Самолёт доворачивает влево с курса 354° до 344°, чего явно недостаточно для обхода грозовой облачности.

На часах 14:32. Самолет входит в зону грозовой деятельности.

Самолёт попадает непосредственно в зону грозовой деятельности и атмосферной турбулентности, о чем свидетельствуют увеличение амплитуды колебаний и изменение характера записей вертикальной перегрузки, углов атаки и крена при постоянной высоте полета. Вертикальная перегрузка изменяется в диапазоне 0.75-1.3, что является признаком умеренной болтанки.

Происходят кратковременные срабатывания сигнализации АУАСП (автомат углов атаки и сигнализации перегрузок). Значения вертикальной перегрузки в моменты срабатывания АУАСП кратковременно увеличивались до 1.5, что характеризует уже сильную болтанку.

В интервале срабатывания сигнализации АУАСП приборная скорость уменьшается, а в моменты срабатывания составляет 465 км/ч и 450 км/ч соответственно, значения числа М были 0.79 и 0.77 (по РЛЭ в условиях сильной болтанки выдерживается приборная скорость 500 км/ч или число М не более 0.8), угол атаки по указателю 8.5 и 8.6 соответственно. Экипаж не выполняет указания РЛЭ об отключении автопилота и выдерживании числа М полета.

Угол атаки – это угол между набегающим потоком и крылом самолёта (если точнее, то хордой профиля крыла). Существует ограничения по углу атаки в полёте – критический угол атаки. При его достижении воздушный поток срывается с профиля крыла, что приводит к резкому уменьшению подъёмной силы и сваливанию ВС. При уменьшении приборной скорости и увеличении перегрузки (крен, болтанка) самолет приближается к критическому углу атаки (на индикаторе на фото его зона выделена красным цветом).

КВС поручает штурману запросить разрешение у диспетчера на дальнейший набор высоты:

Давай временно 400 или какой... Да проси 390, а то нам не обойти...

Штурман получает разрешение на временное занятие встречного эшелона 390 (11900 м).

КВС подсказывает штурману:

Сильная болтанка и так далее скажи.

Экипаж приступает к набору высоты. Вначале обеспечить устойчивый набор высоты с помощью управления от рукоятки «спуск - подъем» (на фото: под рычагами управления двигателями, ниже кнопки "Тангаж") экипажу не удается, о чем свидетельствуют значительные изменения углов атаки и вертикальной перегрузки. В результате вертикальная скорость также значительно изменяется.

Судя по фразе КВС: «Еще х... наберем», произнесенной в это время, он осознает сложность ситуации, но все равно дает команду на дополнительный набор высоты.

Экипаж включает противообледенительную систему двигателей без увеличения режима их работы, что способствует дальнейшему уменьшению приборной скорости.

КВС с нарастающей тревогой в голосе информирует экипаж:

Опа, еще и град...

Там куда-нибудь можно в сторонку, Игорек (обращается к штурману), отойти еще? Игорешь, Игорь!

В сторону можно куда-нибудь еще от нее отойти, б...?

Никаких действий по развороту на обратный курс для выхода из зоны грозовой деятельности не предпринимается.

При пересечении заданного эшелона 390, экипаж включает режим стабилизации высоты. Вертикальная скорость набора в этот момент составляет около 10 м/с, приборная скорость упала до 435 км/ч (число М – 0.76).

КВС берётся за штурвал и удерживает его в течение примерно 9 секунд, автопилот отключается.

«Управлявший машиной командир не понимал физической сущности полета», — позже заявит летчик-испытатель Летно-испытательного института им. Громова Владимир Бирюков, добавив следующее: «Да, полеты через грозовой фронт запрещены, но экстренное снижение давало ему реальный шанс набрать скорость и удержать машину в воздухе, в то время как снижение скорости на подъеме означало неминуемую гибель. Потеря нескольких сотен метров высоты показалась летчику более опасной, чем сваливание самолета в штопор. Поэтому я считаю, что подготовлен он был на двойку».

Экипаж докладывает диспетчеру о занятии эшелона 390.

Параллельно нажатием кнопки в кабине отключается система автоматической стабилизации самолета в продольном и боковом каналах. Самолет становится разбалансированным, в очередной раз срабатывает АУАСП. Второй пилот, находящийся по-прежнему сзади, так как в его кресле сидит второй пилот-стажер, информирует экипаж:

Снижаемся..., углы, углы.

Это правильное решение, однако КВС вместо снижения принимает решение установить номинальный режим работы двигателей.

У самолета начинает развиваться правый крен до 45 градусов.

Резкими движениями штурвальной колонкой "на себя" и "от себя", параллельно триммируя самолет на кабрирование, КВС начинает раскачивать воздушное судно.

Самолет на грани сваливания. Правильное действие в этой ситуации ещё возможно: "отдать" штурвал "от себя" в нейтральное положение и задержать его там на несколько секунд, но ни КВС, ни второй пилот-стажер этого не делают. Самолет попадает в аэродинамический подхват, из-за увеличения углов атаки до значений, которые в 3 раза превышают эксплуатационные, боковые двигатели самовыключаются.

Бортовые самописцы фиксируют начало штопорного вращения самолета. Ту-154 снижается по спирали с постоянным изменением углов тангажа и крена, с большими угловыми и вертикальными скоростями.

КВС восклицает:

(нрзб) еб твою мать, в штопор свалимся!

Экипаж передает в эфир:

SOS, Пулково 612-й, SOS.

Пулково 6-12, SOS, SOS. Снижаемся. У нас уже... высота 3000.

В 14:38 самолет сталкивается с землей на удалении 28,5 км от контрольной точки аэродрома Донецк в районе деревни Сухая Балка.

В эту же минуту дежурный диспетчер Дзержинского городского отдела ГУ МЧС Украины в Донецкой области дает команду на выход к месту происшествия трем пожарным подразделениям г. Дзержинска. С момента получения команды до их выхода проходит менее 50 секунд.

Последние минуты полета на записи речевого самописца.

Фрагмент этой записи начинается со слов, сказанных КВС в 14:33:

Давай временно 400 или какой... Да проси 390, а то нам не обойти...

Когда в 14:36 самовыключаются два боковых двигателя, экипажем это воспринимается как помпаж:

Помпаж! Снижайся, Ваня

(обращение к КВС)

, помпаж!

Позже КВС скажет:

Давайте, орлы, боремся.

В последние секунды полета самописец запишет следующее:

КВС: На себя, на себя, на себя, на себя, на себя. Андрюха (обращается ко второму пилоту-стажеру), тяни на себя. Андрюха, тяни на себя. На себя, Андрюха, теперь (нрзб)
КВС: Режим взлетный
Э: Левая нога, крен убери
2П-ст: (нрзб) (Не убивайте)
КВС: Андрюха, не паникуй
Э: Не убивайте. Ну не убивайте
КВС: Земля

Запись обрывается в момент столкновения самолета с землей.

Руководитель полетов аэропорта Донецк объявляет "Тревогу". Сначала аварийно-спасательная команда аэропорта готовится встречать самолет, подавший сигнал SOS, но буквально сразу становится понятно, что самолет разбился, а его метка пропала с экранов радаров.

Формируется наземная поисково-спасательная группа, которую направляют к месту возможного падения самолета.

Экипаж дежурного вертолета Ми-2 "Скиф-Авиа" в аэропорту Донецка получает команду на приведение в готовность №1.

Фото похожего борта.

Первый пожарный автомобиль прибывает в район катастрофы.

Экипаж дежурного вертолета Ми-8 МЧС Украины в аэропорту Мелитополь получает команду на приведение в готовность №1.

Спустя 5 минут, аналогичная команда поступает экипажу еще одного Ми-8, который находится на аэродроме Нежин.

Через 3 и 5 минут соответственно аналогичные команды получают экипажи еще двух Ми-8 на аэродромах Харьков и Чугуев.

Экипаж Ми-2, который первым получил команду на приведение в готовность №1, выполняет взлет с аэродрома Донецк.

Органы обслуживания воздушного движения получают информацию о месте падения самолета от очевидца по мобильной связи, что помогает оперативно координировать экипаж вертолета.

На месте падения самолета идет ливень, фиксируются сильные порывы ветра. Экипаж вертолета не может сразу выйти в заданный район. В 15:47 им приходится совершить посадку в районе населенного пункта Романовка, а уже через 16 минут вылететь вновь. В 16:11 вертолет приземлится в районе происшествия, предварительно выполнив наведение наземных групп.

Начинается активное тушение пожара, возникшего на месте авиационного происшествия, которое продлится до 17 часов. Выжившие не обнаружены.

Сотрудники МЧС Украины и российского отряда спасателей "Центроспас" позднее расскажут, что «каждый из пассажиров по-своему встретил неминуемую смерть. Одного из пассажиров обнаружили сжимающим в обгоревших руках почти до дна выпитую им бутылку виски».

Он долго кружил около земли, а перед самым приземлением загорелся. У нас за поселком находятся поля совхоза «Степной». Вот на них-то самолет и рухнул. Он несколько раз перевернулся в воздухе, воткнулся в землю носом и взорвался. Наши местные жители, пока не приехала милиция и не оцепила все, ходили смотреть. Говорят, там все обуглилось. Ну надо же, полтора месяца такая жарища стояла, все дождичка ждали. Дождались. Такой ливень был, а гроза - аж дух захватывало. Скорее всего, из-за грозы беда и случилась.

— позднее расскажет очевидец событий, жительница села Новгородское Донецкой области Галина Степанова.

Перед самой катастрофой началась сильная гроза. Небо было затянуто тучами. Внезапно раздался звук низко летящего лайнера. Но до последнего момента его не было видно! Мы и жители других окрестных сел заметили его, только когда до земли оставалось метров 150. Я подумал, что он рухнет прямо на нас. Его крутило вокруг своей оси, как вертолет...

— поделится воспоминаниями очевидец Геннадий Курсов из села Степное.

Он сорвался в пике, потом широкими кругами вошел в штопор. Нам показалось, что уже над самой землей экипажу удалось вывести машину из падения. Как будто самолет начал выруливать, однако высоты ему не хватило — самолет врезался в холм возле озера. Раздался страшный взрыв, и начался пожар.

— расскажут очевидцы Николай Климковецкий и Анатолий Дибров, работавшие на машинно-тракторной станции.