Государственная комиссия во главе с М. И. Неделиным переехала на ИП-1Б, где для нее был построен наблюдательный пункт в виде деревянной веранды. Однако, когда была объявлена 30-минутная задержка, Неделин решил поехать на старт, чтобы разобраться, что там происходит. Вместе с ним поехала вся комиссия. Неделину поставили кресло вблизи ракеты у отбойной стенки, чуть далее поставили диван для членов Госкомиссии. М. К. Янгель и генерал Мрыкин сошли у КПП 41-й площадки, чтобы покурить. В это время объявили готовность 30 минут и началась переустановка шаговых моторов в исходное положение. До этого на борту изделия были прорваны разделительные мембраны магистралей окислителя и горючего маршевого и рулевого двигателя 2-й ступени и по указанию технического руководства подключены задействованные на земле ампульные батареи обеих ступеней. В результате круглосуточных работ боевые расчеты очень устали. Но всем хотелось во что бы то ни стало пустить ракету. Тем более что другого пути, видимо, не было: ракета не могла находиться в заправленном состоянии с прорванными мембранами более 1–2 суток, а инструкция по сливу компонентов топлива к тому времени не была разработана.
При этом работали без основного документа. Единственный черновик электросхемы изделия находился у представительницы фирмы Коноплева, которую не допустили на старт. Переустановку проводил сам Коноплев с пульта в автобусе. Система управления не имела блокировок на случай таких аварийных работ, которые проводились теперь на старте. Но, видимо, в результате усталости все потеряли бдительность. Работы вступили в ту стадию, когда все без исключения хотели пустить ракету. Несколько позже при подготовке более крупной ракеты было сказано: «Лучше ужасный конец, чем ужас без конца!» Это был такой же случай. Понимая опасность положения, Неделин приказал прочесать стартовую позицию и удалить всех лишних людей. Были удалены расчеты боевой части, обучаемой для несения боевого дежурства, а также другие люди (всего около 100 человек), которых отправили на автобусах и грузовиках в район эвакуации.
В 18 часов 45 минут из-за преждевременного срабатывания электропневмоклапана наддува пусковых бачков, вызванного командой программного токораспределителя при перестановке в исходное положение, произошел запуск маршевого двигателя 2-й ступени. Факел двигателя разрушил конический переходник между ступенями, прожег днище бака окислителя 1-й ступени, а затем разрушился бак горючего 2-й ступени, что привело к мгновенному возгоранию большой массы соединившихся компонентов самовозгорающегося топлива. Мощная волна огненного урагана обрушилась на работающих людей, которыми буквально была облеплена ракета, расходясь концентрическими кругами на расстояние 100–120 м от ракеты и уничтожая на своем пути все живое (на 41-й площадке во время пожара находилось 250 человек) и технику. Горящие люди прыгали с ракеты вниз, бежали от нее, перелезали через колючую проволоку ограждения. Некоторые прятались в колодцы. Это спасало от огня, но не спасало от отравления парами гептила и азотной кислоты. Взрывообразное горение продолжалось около 20 секунд, а пожар на площадке около 2 часов. Взрыва с разрушением ракеты на куски и разлетом осколков не было. Ракета после пожара лежала на старте целой: 1-я и 2-я ступень вместе.
День был пасмурный, и блики пожара отражались в серых облаках и были видны с 10-й площадки в 50 км от старта. В пламени погиб главный маршал артиллерии Неделин, сидевший от ракеты в 15 м. Начальника полигона Герчика, находившегося около установщика, спас солдат, вытолкнув его из огня, и порыв ветра, отнесший пламя в противоположную сторону. Но он получил ожоги II–III степени лица, шеи, головы, ног, пояса и кистей рук. Тем не менее уехал, только отдав распоряжения по организации спасательных работ. Янгеля и Мрыкина спасло то, что они были в курилке. В огне погибли начальник службы НОИР А. И. Носов, начальник 1-го управления Е. И. Осташев, приехавший утвердить у Неделина акт ввода в эксплуатацию 31-й площадки, начальник 2-го управления P. M. Григорьянц и другие. Всего погибло 76 человек и 53 было ранено.