По графику вылет назначался на среду, но полет несколько раз откладывался. В воскресенье, 1 мая, Пауэрса разбудили на рассвете. Предстояло лететь. В 5.20 утра он поднялся в кабину самолета. Старт планировался на 6.00, но приказ о вылете задерживался — ждали разрешения Белого дома. «Такое, — утверждает Пауэрс, — было впервые. Обычно санкции президента получались заранее. Мне предстояло лететь без радиосвязи с землей, поэтому в воздухе можно было надеяться только на секстант. Однако, поскольку все расчеты делались исходя из времени вылета в 6 утра, секстант становился бесполезным. Я был уверен, что полет отменят, и уже мечтал сбросить пропитанную потом одежду, как вдруг в 6.20 поступил сигнал: взлет разрешен. Я сразу же запустил двигатель и взлетел».
Погодные условия были плохие. Облачность поднялась до самых гор, однако для шпионажа это не имело значения, так как горный район не представлял особого интереса. После полутора часов лета появился первый просвет в облаках. Самолет находился к юго-востоку от Аральского моря. Высота полета была максимально возможной. Отклонившись немного вправо от курса, Пауэрс скорректировал его и тут увидел нечто встревожившее его. Значительно ниже под собой он заметил след одномоторного реактивного самолета, который на сверхзвуковой скорости летел параллельно курсу У-2. Слово — Пауэрсу: «Как ни странно, но, еще не достигнув границы, я чувствовал, что меня уже ждут... Облачность снова стала сплошной и только через три часа полета начала редеть. Приблизительно в полусотне миль к югу от Челябинска облака рассеялись. В корпусе машины заработала фотокамера, начали действовать устройства записи радиосигналов с земли на магнитную ленту. Я снова лег на курс, облака остались позади, я немного успокоился. В этот момент автопилот неправильно сработал, и самолет начал задирать нос. Я отключил автопилот и несколько минут управлял самолетом вручную. Затем снова включил автопилот, и ситуация повторилась. Пришлось отключить автопилот окончательно. Возникла очень неприятная ситуация. Все зависело от моего решения: либо лететь обратно, либо продолжать полет. Всего лишь час назад я бы не задумался — вернуться и все. Но теперь я уже углубился в воздушное пространство СССР на тысячу триста миль, прошел полосу облачности, а видимость впереди казалась отличной. Я решил продолжать полет... Заметив большое водохранилище, нанес его на карту. Затем увидел целый комплекс сооружений, гражданских или военных, и зафиксировал его с пометкой «крупный объект», чтобы обратить на него внимание во время послеполетного доклада... У Свердловска надо было взять курс на северо-запад. Я повернул и пошел по новой линии маршрута над юго-западной окраиной города. Полет продолжался уже почти четыре часа. Заметив аэродром, не отмеченный на карте, я зафиксировал и его. Мой курс должен был пролегать прямо над ним. Мне нужно было записать время, высоту, скорость, температуру выхлопных газов и показания приборов о работе двигателя. Я как раз делал записи, когда внезапно раздался глухой удар, самолет резко рвануло вперед, и чудовищная оранжевая вспышка озарила кабину и небо. Самолет тотчас начал падать, и я почувствовал, что вот-вот отвалятся крылья и хвост. Возможно, прямое попадание и не достигло самолета, но ударная волна и осколки повредили его... Машина вошла в необычный штопор в перевернутом виде: нос — вверх, к небу, хвост — вниз, к земле. Я включил аварийную систему подачи кислорода. Несколько раньше (однако в тот момент я ничего не почувствовал) мой высотный костюм раздулся: произошла разгерметизация кабины. Костюм стеснял движения, а сила тяжести толкала меня вперед, к носу, вырывая из сиденья. Дотянулся до выключателей блока подрыва, снял предохранительные щетки, но медлил, 70 секунд — это не так уж много... Открыл крышу кабины и отстегнул пояс. Меня тут же до половины тела припечатало к приборной доске, а вторая половина уже висела снаружи. Это произошло настолько быстро, что я телом сбил зеркало заднего обзора, и оно исчезло в воздухе. Это было последним, что я видел, так как лицевой щиток сразу же покрылся инеем. Что-то еще удерживало меня привязанным к самолету. Вдруг вспомнил: трубки подачи кислорода. Забыл их отсоединить. Самолет продолжал вращаться. Судорожно двигая ногами и извиваясь всем телом, я, должно быть, оборвал их, потому что внезапно оказался свободным — тело мое падало, парило совершенно легко. Ощущение было приятным и радостным. Именно так мне казалось в тот момент. По всей вероятности, я находился в состоянии шока».