Чкалов прошел к самолету. Надев парашют и дав команду сидевшему в кабине пилота механику Куракину заводить мотор, он отошел в сторону. Мотор легко запустился и вскоре перешел на большие обороты. «Мороз только сильный, мотор быстро стынет», — заметил механик, помогая летчику поудобнее устроиться в кабине.

Опробовав мотор на всех режимах, Чкалов жестом показал, чтобы убрали тормозные колодки. Прибавив обороты, он проверил тормоза, вырулил со стоянки, развернулся влево и, немного отрулив, дал полный газ и почти от самого ангара пошел на взлет. Отрыв от земли нормальный, истребитель стал набирать высоту.

Поднявшись метров на пятьсот, летчик медленно покачивает машину с крыла на крыло, — значит, элероны, управляющие креном самолета, работают. Чкалов делает разворот влево на 90 градусов, затем проводит второй разворот. Истребитель идет мимо аэродрома «Фили», в сторону ангара ОЭЛИД ЦАГИ.

Владимир Коккинаки, взлетев на ЦКБ, уже завершал задание, когда И-180 подошел к нему совсем близко, покачав крыльями. Коккинаки заметил, как Чкалов поднял левую руку в перчатке с большим пальцем, загнутым вверх.

После этой встречи в воздухе Валерий Павлович развернул истребитель в третий раз под прямым углом и взял курс как при взлете. И тут неожиданно упала температура масла и головок цилиндров мотора. Чкалов немедленно подворачивает влево, ближе к аэродрому, и начинает осторожно снижаться.

Мотор работает рывками, высота быстро уменьшается. Валерий Павлович уже вышел на посадочный курс; впереди показались жилые бараки.

Летчик двинул вперед сектор управления оборотами мотора. Раздался оглушительный хлопок двигателя, так и не добавившего оборотов; самолет стал резко снижаться.

Чкалов резко накренил машину, чтобы отвернуть от показавшейся жилой постройки; самолет лег в левый вираж. Валерий Павлович заметил небольшой кусок, изрытый оврагами, но свободный от построек: до него всего метров четыреста.

Оставались считанные метры до земли, когда Чкалову вновь пришлось отворачивать от неожиданно возникшего впереди длинного барака, из-за которого торчали высокие столбы. Левой рукой он дернул за рукоятку замка сдвижной части фонаря пилотской кабины — она тут же открылась.

Летчик направил истребитель в последний вираж, проскочил мимо жилья — и тут же плоскостью зацепился за столб. Удар был настолько сильный, что сиденье и соединенный с ним электрический аккумулятор, сорвавшись с креплений, были выброшены вместе с привязанным к ним летчиком. От страшной перегрузки Чкалов потерял сознание и сразу, после баллистического полета, ударился головой о торец штабеля из дюймовых металлических арматурных прутьев…

Свидетели катастрофы бросились к разрушенной машине и обнаружили истекающего кровью летчика. Его доставили в ближайшую больницу, имени Боткина. Там Валерий Павлович Чкалов скончался.

А вот как описываются драматические события в «Кратком сообщении», направленном руководством завода № 156 И. Сталину и В. Молотову:

«Самолет оторвался от земли после разбега, примерно в 200—250 метров, и, набрав высоту 100—120 метров, с виражом пошел на первый круг. Далее полет продолжался на высоте 500—600 метров.

Закончив первый круг над аэродромом, самолет пошел на второй круг, растянув последний в сторону завода № 22, после чего пошел на посадку. Не доходя до аэродрома одного-полутора километров, с высоты около 100 метров самолет сделал вираж влево и скрылся за постройками.

Самолет обнаружен на территории дровяного склада (Магистральная ул., д. № 13), возле Хорошевского шоссе.

Самолет при снижении зацепил и оборвал провода на территории склада и, развернувшись, врезался в кучу дровяных отходов. При ударе т. Чкалова выбросило вперед на 10—15 метров вместе с хвостовой частью фюзеляжа, управлением и сиденьем. Передняя часть самолета разбита.