После защиты дипломной работы Юрий Алексеевич Гагарин приступил к лётной практике - тренировочным полётам на само­лёте «МиГ-15» (УТИ)*. В период с 13 по 22 марта он совершил 18 полётов общей продолжительностью 7 часов. Перед самосто­ятельными вылетами ему оставалось выполнить ещё два конт­рольных полёта - с лётчиком-инструктором, командиром полка, Героем Советского Союза Владимиром Сергеевичем Серёгиным.

 Гагарин и Серёгин взлетели с подмосковного аэродрома Чкаловский в Щёлково 27 марта 1968 года в 10 часов 18 минут. На момент взлёта условия видимости были нормальными. Выполне­ние задания в пилотажной зоне должно было занять не менее 20 минут, но уже в 10 часов 30 минут Гагарин сообщил на землю об окончании задания, запросил разрешения развернуться и ле­теть на базу. После этого связь с самолётом прервалась. Когда стало ясно, что у самолёта уже должно было закончиться топли­во, в зоне полётов начались поиски, которые продолжались бо­лее трёх часов. В 14 часов 50 минут одному из вертолётов уда­лось обнаружить обломки самолёта «МиГ-15» (УТИ) примерно в 65 км от аэродрома, в районе деревни Новосёлове в 18 км от го­рода Киржач Владимирской области. Утром следующего дня на ветке нашли клочок лётной куртки Гагарина с талонами на пита­ние. Позже был обнаружен бумажник с водительскими правами и фотографией Королёва. Для расследования катастрофы была создана Государственная комиссия. Удалось собрать 95% самолёта и оборудования. С тела­ми пилотов было сложнее - их разметало от удара машины о зем­лю, в результате которого образовалась воронка диаметром 6 м и глубиной 2,7 м. Опознание обоих лётчиков было произведено по отдельным фрагментам тел. Анализ отпечатков стрелок кабинных и наручных часов Гагарина показал, что катастрофа произошла в 10 часов 31 минуту, то есть через 50-70 секунд после последнего радиообмена.

 Официальные выводы комиссии были таковы: эки­паж из-за изменившейся в полёте воздушной обстановки (подроб­ности не уточнялись) совершил резкий манёвр и сорвался в што­пор. Пытаясь вывести машину в горизонтальный полёт, пилоты столкнулись с землёй и погибли. Отказов или неисправностей тех­ники обнаружено не было. Химический анализ останков и крови лётчиков посторонних веществ не выявил. Выводы, сделанные ко­миссией после многомесячной работы, не смогли однозначно объ­яснить причины трагедии, что породило впоследствии многочис­ленные домыслы и легенды. Перед полётом в космос Ю.А. Гагарин составил прощальное письмо - на случай, если погибнет. Это письмо вручили жене после его гибели под Киржачом.

В СССР был объявлен общенациональный траур. Урны с пра­хом Ю.А. Гагарина и B.C. Серёгина захоронены в Кремлёвской стене на Красной площади в городе-герое Москве.