Pada saat kejadian, sebuah pesawat Angkatan Udara AS, Boeing 707, sedang dalam misi pengintaian di dekatnya, mencoba untuk memantau pengujian rudal Soviet di Semenanjung Kamchatka.
Pesawat itu sedang dilacak militer Soviet, akan tetapi Soviet salah mengidentifikasi pesawat, sehingga justru mengejar pesawat penumpang Korea Selatan.
Pesawat Korean Airlines sempat keluar ke perairan internasional, tapi kemudian masuk lagi ke Soviet saat melewati Pulau Sakhalin. Kali ini jet tempur Soviet mulai membuntuti pesawat Korea Selatan.
Seorang pilot Soviet mencatat bahwa lampu navigasi dan lampu sorot pesawat berkedip, yang menunjukkan bahwa itu bukan pesawat mata-mata.
Pilot Soviet diduga melepaskan tembakan peringatan, tetapi tidak terlihat oleh pilot pesawat sipil tersebut.
Baca juga: Hari Ini dalam Sejarah: Pesawat Japan Airlines Jatuh, 520 Orang Tewas
Pada saat itu pesawat Korean Airlines telah menerima izin dari kontrol lalu lintas udara Tokyo, Jepang untuk meningkatkan ketinggiannya, dan pesawat melambat saat penyesuaian penerbangan dilakukan.
Namun, bagi Soviet pesawat dianggap melakukan manuver mengelak. Pesawat dengan cepat mendekati wilayah udara internasional. Sebuah pesawat Soviet menembakkan dua rudal udara-ke-udara.
Setelah tertembak, pesawat masih terus terbang (perkiraan bervariasi dari 90 detik hingga 12 menit) sebelum menabrak Laut Jepang (Laut Timur) sekitar 30 mil (48 km) dari Pulau Sakhalin.