На его борту находились 8 членов экипажа и 76 пассажиров: 62 взрослых и 14 детей. В 16:32 рейс 902 вошел в зону Красноярского диспетчерского центра. В это время в Красноярском крае наблюдалась хорошая погода без опасных метеоусловий, стояла густая облачность 7-9 баллов с верхней границей 9-9.5 километра, которая постепенно опускалась до 6 километров. В 16:50 экипаж доложил, что они находятся в 50 километрах от Красноярска. Согласно показаниям на экране обзорного радиолокатора, местоположение самолета было определено верно. Однако после этого на запросы диспетчера рейс 902 уже не отвечал. Затем в 16:53 в Красноярский диспетчерский центр отчаянным и взволнованным голосом было сообщено: "Красноярск, сорок два… триста семьдесят, следите за мной, смотрите за мной…." При этом на заднем фоне был слышен грохот и странный шум. После этого сообщение прервалось. Как впоследствии было установлено по голосу, это говорил второй пилот Рахимов.
Спустя примерно минуту с момента доклада экипажа о своем удалении, самолет на эшелоне 9 километров вошел в снижение, близкое к экстренному, при этом вращаясь вокруг продольной оси. Затем либо на высоте 7 километров он перешел в сваливание, либо продолжал выполнять разворот со снижением и прогрессирующим креном, а на высоте 4 километра уже перешел в сваливание. Также начиная с высоты 7 километров снижение происходило в облаках, из которых авиалайнер вышел на высоте 800 метров в 3 километрах от места падения. Сама траектория снижения была относительно пологой со средним углом наклона около 15°-20°. Зацепив верхушки деревьев и начав о них разрушаться, Ту-104 в перевернутом положении и под углом 40° с небольшой поступательной скоростью и левым креном врезался в землю у опушки в покрытой лесом ложбине, после чего взорвался, образовав на месте падения воронку. Катастрофа произошла в 16:53 МСК восточнее села Вознесенка Березовского района и в 28 километрах восточнее Красноярского аэропорта, разброс обломков составил порядка 200 метров (по другим данным, радиус зоны разброса обломков составлял 500 метров). Общее время от начала развития ситуации и до столкновения с землей составило около двух с половиной минут. Все 84 человека на борту погибли.

При исследовании тел погибших пассажиров было установлено, что они получили прижизненные ожоги и травмы от огня и летевших со стороны распространения огня предметов. Наиболее сильные повреждения и ожоги у всех исследованных наблюдались с левой стороны и были получены в положении сидя.
Сразу после авиакатастрофы место происшествия было оцеплено солдатами. Площадь оцепления оказалась весьма значительной. К расследованию авиакатастрофы приступила правительственная комиссия. Самолет упал в покрытую лесом ложбину. По сбитым верхушкам сосен комиссия установила, что падал он не вертикально, а по пологой траектории. Задев деревья, фюзеляж лайнера переломился. Этими обстоятельствами и объяснялась большая площадь обломков. В процессе изучения обломков комиссией генерал-майор Зеленский (заместитель начальника конструкторского бюро им.Туполева) обнаружил фрагмент обгоревшей обшивки фюзеляжа с левого борта. Изначально эта часть конструкции находилась в районе 20-го шпангоута у иллюминаторов первого салона. В куске металла зияло отверстие диаметром 20 сантиметров. Причем обгоревшей была не внешняя сторона обшивки, а внутренняя. При этом изнутри фрагмент был механически поврежден. Некий предмет пробил обшивку лайнера и взорвался внутри.
Первоначально комиссия по расследованию катастрофы пришла к выводу, что ее причиной явилось сваливание в кучевой облачности в процессе экстренного снижения или при выводе из него и потеря пространственной ориентировки в сложной обстановке, что при низкой облачности не дало возможности вывести самолет. Причиной экстренного снижения был предположительно назван пожар или какое-либо другое происшествие в пассажирской кабине. Однако позднее стало известно, что одна из частей ПВО, дислоцировавшаяся в районе Маганска, проводила учебные пуски зенитных ракет. Было сообщено, что одна из ракет, потеряв в условиях прохождения через грозовой фронт свою цель, перенацелилась на гражданский самолет и поразила его в левый борт.

Авиалайнер проходил высоту 4500 метров, когда спустя 1 минуту 37 секунд с момента последней связи с диспетчером командир экипажа вновь вызвал ГДРП и дважды доложил: "Бросило!". Далее последовали еще тревожные сообщения: "Трясет!" и "Бросило сильно на крыло!". Эти передачи с рейса 03 длились 36 секунд, после чего засветка лайнера исчезла с экрана радиолокатора. Согласно показаниям экипажа Ан-10, борт 11195, летевшего позади с интервалом в 4 минуты, они увидели сквозь облака сильное красное зарево, которое постепенно погасло. В 04:42 Ту-104 под углом около 50-60 градусов, углом тангажа 10-20 градусов и небольшим левым креном врезался в болото в Нанайском районе и в 15 километрах юго-западнее поселка Курун (95.5 километра северо-восточнее аэропорта вылета). От удара авиалайнер полностью разрушился, а на его месте образовалась воронка, которую заполнило водой. Общий разброс обломков составил 200×70×80 метров. Все 86 человек на борту погибли.

По результатам расследования следственная комиссия не смогла установить причины катастрофы.
Техническая комиссия после проведения испытаний пришла к заключению, что причиной катастрофы послужило непреднамеренное включение автопилота АП-5-2, что при существующих регулировках рулевых машинок в условиях рейсового полета и при запаздывании вмешательства экипажа может привести к созданию аварийной ситуации, особенно ночью и в сложных метеоусловиях. Аварийную ситуацию могло создать и непреднамеренное включение электроуправления триммером руля высоты, а также триммера элеронов, хотя последнее менее опасно, нежели включение триммера руля высоты. Что до непреднамеренного увода руля направления, то это аварийную ситуацию не создаст, хотя и значительно усложнит пилотирование самолета. Если руль высоты после включения автопилота АП-5-2 отклонится, а балансировка самолета будет выполняться триммером, то при последующем отключении автопилота во время полета может возникнуть аварийная ситуация.
Стоит отметить, что гражданская комиссия не допускалась к материалам, попадающих под определение "Военная тайна". В связи с этим встречаются версии, что самолет мог быть сбит ракетой класса "поверхность-воздух", запущенной с военного полигона Литовко.

Сборный поезд № 3414 проехал станцию Торбино, когда с его машинистом Антоновым А.А. связалась дежурная Сергиенко и выдала предупреждение на остановку на 197 км (платформа Веребье) для посадки ШНС Чудовской дистанции сигнализации и связи Ефимова Е.Ю. и его высадки на 194 км для устранения нарушения нормальной работы светофора № 41 по I-му главному пути перегона Торбино - Мстинский Мост и посадки электромонтера Сидорова С.А. При этом, в нарушение инструкций, Сергиенко не отметила в специальном журнале выдачу предупреждения грузовому поезду. В 2:52 поезд № 3414 высадил на 194 км Ефимова и начал разгоняться.
После того как сборный поезд проследовал станцию Торбино, через 15 минут следом за ним эту же станцию на скорости около 120 км/ч проследовал опаздывающий на 25 минут от расписания пассажирский поезд № 612 "Великие Луки - Санкт-Петербург", ведомый электровозом ЧС2Т−982 под управлением локомотивной бригады, состоящей из машиниста 3-го класса Андрея Огнева и помощника машиниста Михаила Токарева. Дежурная по станции Торбино не предупредила бригаду пассажирского поезда о незапланированной остановке на перегоне сборного грузового. Помимо этого, на всех впереди расположенных светофорах горели зеленые огни, поэтому поезд № 612 нагонял опоздание по этой "зеленой улице". Следуя со скоростью около 115 км/ч он уже проехал сигнализирующие разрешающим показанием проходные светофоры №№ 16, 14, 12 и 10, когда после проезда светофора № 8 на локомотивном светофоре вдруг загорелся белый огонь, а через несколько сотен метров бригада увидела неожиданно появившийся из-за поворота хвост поезда № 3414, который в это время ехал со скоростью 20-25 км/ч. Андрей Огнев применил экстренное торможение, но малое расстояние при высокой скорости привели к тому, что в 2:54 на 194 километре 5 пикет (193,4 километра от Московского вокзала в Санкт-Петербурге) пассажирский поезд на скорости 109 км/ч врезался в хвостовой грузовой вагон груженый лесом. От удара электровоз и 2 пассажирских вагона сошли с рельсов и рухнули с откоса насыпи, а третий вагон, хоть и сошел с рельсов, но едва устоял на насыпи. Также сошли с рельсов и 4 последних грузовых вагона.
В крушении были разбиты электровоз и 5 вагонов, сбита опора контактной сети и разрушено 150 метров пути. Погиб помощник машиниста 40-летний Михаил Токарев и были ранены 15 человек, причем машинист Андрей Огнев и один пассажир получили тяжелые травмы, а 13 пассажиров - лёгкие. Общий перерыв движения на участке составил 9 часов 50 минут, а непосредственно по II-му пути - 21 час 20 минут, что вызвало задержку 18 поездов суммарной продолжительностью 72 часа 42 минуты.

Изначально главный инженер управления Октябрьской железной дороги Николай Саенко в различных телеинтервью, взятых утром после крушения, отрицал неисправность светофоров. Но расшифровка скоростемерной ленты с электровоза ЧС2Т−982 показала, что как минимум 4 светофора до места крушения сигнализировали разрешающим сигналом. Также проходной светофор № 6 горел зеленым, хотя поезд № 3414 находился на перегоне за ним. При осмотре релейного шкафа данного светофора было обнаружено, что на контактах кодовключающего реле КВ и возбуждения приемника ППЗ-9/8 рельсовой цепи были срезаны перемычки, из-за чего возникла ложная свободность рельсовой цепи. Также следы срезанных перемычек были обнаружены в релейных шкафах светофоров № 8 и 10. Выяснилось, что после установки системы и ввода ее в эксплуатацию 3 ноября 1999 года, работники Чудовской дистанции СЦБ ни разу не проверяли ее работу и соответствие технической документации. 28 января 2000 года, то есть всего 2 дня после происшествия, был проведен эксперимент, который подтвердил нарушения в работе системы тональной автоблокировки данного перегона. Существует также версия, что сама эта система имела конструктивные недостатки, которые были обнаружены и устранены лишь после крушения поезда № 612.

Станция Паддингтон имеет очень большое путевое развитие. InterCity 125 следовал по главному пути, который на расстоянии 3.2 км от Паддингтона разветвлялся на два. По примыкающему пути навстречу скоростному поезду следовал Class 165. Стрелка была переведена вдоль главного пути. На светофоре SN120, находившегося по пути следования скоростного поезда, горел зеленый. Следовавший по примыкающему пути пригородный поезд должен был остановиться перед стрелкой и пропустить IC125, на светофоре SN109, находившегося по пути следования Class 165, горел красный. Машинист пригородного поезда принял красный сигнал за желтый, который означает: "можно продолжать движение, но быть готовым остановиться у следующего сигнала", и продолжил ускорение. Роковую роль сыграла медлительность диспетчеров. По правилам, как только поступает информация о том, что поезд проехал на запрещающий сигнал, диспетчер должен отправить машинисту команду "EMERGENCY ALL STOP!", после получения которой машинист должен незамедлительно остановить поезд без предварительного выяснения причин. Однако эта команда была отправлена с большой задержкой, только после того, как диспетчер заметил, что поезд увеличивает скорость. Машинисты обоих поездов применили экстренное торможение после установления визуального контакта между своими составами, но предотвратить катастрофу это уже не могло.
Скоростной InterCity 125 и пригородный Class 165 столкнулись лоб в лоб прямо на стрелочном переводе на суммарной скорости 210 км/ч. Более тяжелый, и двигавшийся с большей скоростью, состав InterCity 125 обладал соответственно большей кинетической энергией. После столкновения он придал обратное ускорение более легкому поезду British Rail Class 165, разрушая его кузов. Сразу после удара у Class 165 повредились топливные баки, из которых на большой скорости было выброшено дизельное топливо. Оно тут же воспламенилось, вероятнее всего от искры в поврежденной столкновением контактной сети. Прогремел мощный взрыв, и первые вагоны оказались охвачены огнем.

В результате аварии в обоих поездах погиб 31 человек, из них 23 пассажира поезда British Rail Class 165, 6 пассажиров поезда InterCity 125 и машинисты обоих составов. Два первых вагона Class 165 и ведомый локомотив IC 125 были полностью уничтожены. Пламя с горящих обломков быстро перекинулось на уцелевшие вагоны. За несколько минут почти полностью выгорел первый вагон скоростного поезда. Из 554 человек, находившихся в обоих составах, выжило 523, из них 227 были госпитализированы с повреждениями различной степени тяжести, остальные 296 с незначительными травмами отказались от госпитализации.

После изучения обломков поезда Class 165 было выяснено, что все системы работали исправно, отказ тормозов не рассматривался в качестве причины крушения. Внимание экспертов сосредоточилось на светофоре SN109. Этот светофор имел нетипичную для железных дорог Великобритании форму. Обычный британский железнодорожный светофор представляет собой вертикальный ряд из четырех сигналов: сверху - желтый, далее - зеленый и второй желтый и внизу - красный. Светофор SN109 имел форму зеркально отраженной буквы "L". На боковой секции располагался красный. Кроме того, его невозможно было увидеть издалека из-за большого количества проводов воздушной контактной сети. Для того, чтобы выяснить, почему Майкл Ходдер принял красный за желтый, группа экспертов обратила внимание на погодные условия. Утром 5 октября была ясная погода. Осеннее утреннее солнце стояло низко и светило прямо на линзу светофора, и солнечные лучи отражались от нее. В итоге, красный сигнал светофора казался не таким насыщенным и ярким, каким должен быть.

За поездами наблюдала диспетчерская в Слау. По должностной инструкции после получения информации о проезде какого-либо состава на запрещающий сигнал, диспетчер должен незамедлительно по радиосвязи передать команду "EMERGENCY ALL STOP!" машинисту, после получения которой он должен применить экстренное торможение. Диспетчеры Слау стали ждать, когда поезд сам остановится, рассчитывая на то, что машинист осознает свою ошибку. Но когда заметили, что поезд наоборот набирает скорость, было уже поздно. Сигнал был отправлен машинисту только когда тот проехал уже 200 м за светофор SN109 и сам увидел несущийся навстречу ему скоростной поезд. Комиссией по расследованию был сделан вывод, что никто из диспетчеров в Слау не имел опыта работы с этой системой предупреждения машиниста в случае проезда на красный свет. Доказательств, что команда "EMERGENCY ALL STOP!" была отправлена машинисту Class 165 до столкновения нет.

5 апреля 2004 года компания "Thames Trains", которой принадлежал BR Class 165, была признана виновной в трагедии и была оштрафована на 2 075 000 £ за неудовлетворительную подготовку членов поездных бригад.
31 октября 2006 года компания "Network Rail", которая установила светофор SN109, была оштрафована на 4 225 000 £.