1968 年 3 月 27 日，当天进行复杂气象飞行训练。起飞前，机场曾起飞过一架侦察天气的飞机，报告天上云量 8 至 10 个，云底高 900 米。当日上午 10 点 19 分，加加林驾驶一架 米格-17 教练机起飞了，飞机后舱，还坐着一位飞行教员谢列金。
事后发现，侦察天气的飞行员没有将天气情况了解清楚，他只在机场上空的空域里进行了穿云飞行，而没有去加加林将要去飞特技的空域里侦察。实际上，飞特技的空域里，云底高只有 400 至 500 米。这为加加林的悲剧埋下了第一个隐患。
令人遗憾的是，当日的飞行组织指挥也有些问题：在加加林他们起飞一分钟之后，又有两架 米格-21 飞机起飞了，而且这两架更加新型的战斗机爬高穿云时，超过了加加林的教练机。这是违反正常飞行秩序的，侥幸的是，他们没有发生空中相撞。又过了一分钟之后，另外一架 米格-15 教练机也起飞了，飞行中也正好邻近加加林的飞机。这就为加加林的悲剧带来了另一个更加危险的因素。
悲剧终于无可挽回地发生了。事后，前苏联科学家根据有关资料，进行了计算机数学模拟和飞机数据模型模拟计算。得出了如下的推算结果：
加加林驾驶的教练机是挂两个副油箱飞行，因此，飞行速度和机动能力受到了限制。
加加林在飞行中听到返航命令，转弯下降，从高度 4200 米下降到 3000－3500 米时，正好进入到两块密云层之间，因而看不见地平线，不能正确判断自己的实际位置和处境。
加加林驾驶的飞机曾和另一架飞机发生过危险的接近，两机之间的距离只有大约 500 米，差点就会相撞。而另一架编号为 614 的飞机却没有看到加加林的飞机，因此毫无顾虑地在加加林的飞机前面飞行。这就点燃了这次灾难的导火索：因为 614 号飞机在高速飞行中，在尾部造成了一个危险的涡流区。很不幸，由于受到强烈空气动力力矩的影响，加加林钻进了这个涡流，而且飞机马上进入了螺旋状态。加加林的飞行驾驶技术显然是一流的，他们立即采取措施，想改出螺旋。但是，他们这时正好处在云层里，周围是混浊一片，因此无法进行空间定位；换句话讲，就是他们这会儿根本无法知道：自己的飞机是在正着飞、还是肚皮朝上或者整个都是歪
的。
在正常情况下，飞机上的地平仪和其他仪表可以提供帮助，使他们知道自己的确切状态；但这时不行，因为即使在相同条件下，仪表的显示受到不稳定因素的影响，是有明显差别的，而这时的空气压力受感器处在非计算工作状态，输入给气压高度表的信号延迟，导致高度显示误差达 200 至 300 米。
正是这一误差，造成了最后的灾难。加加林艺高人胆大，他们根据气象资料和高度表的指示判断，认为剩余高度足以改出螺旋，因此，他们镇定自若地驾驶飞机改出俯冲，而根本没有考虑使用机上的跳伞设备。但是他们没有想到，气象资料和高度显示都有错误、……当他们驾机出云时，高度比他们期望的要少得多，只有 400 至 600 米，而且俯冲为 70 至 90 度，弹射跳伞已经来不及了……
他们尽了最大努力，但是，“他们缺少大约两秒钟的时间”！
人类第一位飞进太空的优秀宇航员和他的战友谢列金，就这样不幸遇难了……
不排除KGB阴谋
