На борт сели 22 пассажира, после чего в 11:45 экипаж запросил разрешение следовать к стартовой позиции. Однако авиадиспетчер сперва спросил, установлена ли на руль поворота струбцина. В ответ было доложено, что все струбцины сняты, после чего экипаж попытался получить разрешение следовать к началу взлета без установки струбцин. Но диспетчер настойчиво потребовал струбцину всё-таки установить. Прошло некоторое время, после чего экипаж повторно доложил, что они готовы следовать к стартовой позиции. Диспетчер решил, что экипаж поставил струбцину, а потому дал разрешение следовать к началу полосы. Однако, согласно показаниям очевидцев, струбцина на самом деле не была установлена. Стоянка на предварительном старте заняла 5 минут, по истечении которых экипаж доложил о проведении контроля согласно карты обязательных проверок, после чего запросил разрешение на взлет. Когда это разрешение было получено, в 11:58 борт Л1309 выполнил взлет в северо-восточном направлении.
После взлета самолета руководитель полетов спросил у экипажа об условиях взлета, однако ответа не получил. Когда руководитель полетов еще раз вызвал борт Л1309, то экипаж ответил лишь "не мешайте", однако затем все же доложил: "Очень плохие, очень плохие". В это время на посадку заходил Ил-12 борт Л1346, экипаж которого увидел борт Л1309, при этом тот не выходил из зоны аэропорта, а наоборот - следовал по траектории захода на посадку и уже находился в зоне четвертого разворота. Выполнив медленный доворот почти без крена, авиалайнер потом вернулся на траекторию маршрута. На основании показаний экипажа Л1346 можно сделать вывод, что после взлета экипаж борта Л1309 обнаружил, что у них неисправность в органах управления самолетом, поэтому командир экипажа Лопатников, не докладывая о случившемся руководителю полетов, принял решение вернуться в аэропорт вылета, но в районе четвертого разворота уже передумал и решил продолжить полет.
В 12:06 экипаж перешел на связь с главным командно-диспетчерским пунктом (ГКДП), а в 12:24 наконец сообщил о неисправности на борту, доложив, что отказало управление рулем направления. Диспетчер спросил, какое решение принял экипаж, на что командир Лопатников сообщил, что возвращаться в Хабаровск не будет из-за сильного ветра ("у вас садиться нельзя из-за сильного ветра"), а вместо этого направляется в Архару. Когда диспетчер ГКДП сообщил об этом в Хабаровский районный диспетчерский центр, то там руководитель полетов также принял решение, что Л1309 должен следовать в Архару. При этом диспетчер в Хабаровском центре не следил за полетом рейса 10 по радиолокатору. В 12:35 экипаж передал, что они прошли Биробиджан в 12:32 на высоте 2100 метров. Диспетчер не стал уточнять условия полета и характер неисправности на борту, вместо этого дав указание переходить на радиосвязь по УКВ. Это был последний радиообмен с рейсом 10. После этого экипаж на связь уже не выходил и на вызовы не отвечал. Поиски самолета ничего не дали, поэтому он был объявлен пропавшим без вести.

В июне 1958 года на северо-западном склоне горы Поктой и в 30 километрах западнее Биробиджана был замечен полностью разрушенный и сгоревший авиалайнер, в котором был опознан пропавший борт Л1309. 15 июня место происшествия было осмотрено следственной комиссией. Войдя в снижение по спирали, Ил-12 с работающими двигателями под углом 85° и с правым креном врезался в склон сопки крутизной 45°, при этом все 27 человек на борту погибли.

Как было установлено комиссией, ранее в тот же день в Хабаровском аэропорту у самолета Ил-12 борт Л1330 резкий порыв ветра неожиданно отклонил руль направления. Когда авиалайнер осмотрели, то обнаружили, что у него разорвало трубу руля поворота между качалкой и корневой нервюрой, а заодно повредило кницы и профиль жесткости у среднего узла крепления руля. В момент отклонения руля борт Л1330 стоял относительно направления ветра так же, как позже встанет на перроне борт Л1309. На основании этого случая, а также доклада экипажа через 26 минут с момента вылета, комиссия пришла к выводу, что у борта Л1309 во время стоянки и следовании к началу взлета из-за воздействия порывов ветра также разрушило трубу руля направления, а уже в полете разрушило средний узел крепления руля к килю.
Когда через 7 месяцев авиалайнер был найден, то комиссия при его осмотре обнаружила, что трубу руля скрутило и разрушило, то есть характер ее повреждений был такой же, как и у Л1330. Таким образом, выводы комиссии об отказе руля направления из-за воздействия порывов ветра были полностью подтверждены.

Виновными в катастрофе были признаны заместитель командира 198-го объединенного авиаотряда по движению, начальник ЛЭРМ и руководитель полетов, которые знали о поломке борта Л1330, но не стали давать указания прекратить вылеты самолетов и проверить техническое состояние их (самолётов) органов управления. Все, чем они ограничились, так это указанием авиадиспетчерам аэропорта разрешать самолетам выруливать на старт только при условии установки струбцин, но не контролировали выполнение этого указания. Также авиадиспетчеры, имея необходимые радиолокационные средства, не следили за полетом рейса 10 и не контролировали его, когда тот оказался в сложных условиях. В свою очередь командир экипажа Лопатников не выполнил указание диспетчера об установке струбцины, в результате чего во время выруливания по аэродрому у его самолета был поврежден руль направления, то есть вылет выполнялся с неисправным рулем направления.

Когда рейс 11 вышел из воздушной зоны Иркутского аэропорта, он начал постепенно отклоняться вправо к югу от маршрута. В диспетчерском центре Иркутска в тот день дежурил Бутенко, который через 21 минуту после вылета самолета (15:31) наблюдал по обзорному радиолокатору, что авиалайнер отклонился к югу на 17 километров, но не стал требовать от экипажа возвращаться на маршрут полета. Руководитель полетов диспетчерской службы Иркутского аэропорта Картавов в свою очередь не следил за рейсом 11, а потому даже не догадывался, что тот уклоняется к югу. Когда самолет пересекал воздушную зону Улан-Удэнского аэропорта, то диспетчер (Мальковский) данного аэропорта не стал включать обзорный радиолокатор и следить за самолетом, а получив истинный пеленг, не стал прокладывать его по карте и не контролировал движение самолета по направлению. Когда Ил-12 пролетел Улан-Удэ, то он уже был в 30 километрах южнее трассы. Экипаж имел данные, что авиалайнер отклоняется все дальше к югу, но не принимал никаких мер по возврату на трассу. Даже когда в 16:28 был получен пеленг от радиопеленгатора Читинского аэропорта, который, несмотря на неточность, также показывал, что рейс 11 отклонился к югу, экипаж не стал использовать эти данные. Как было впоследствии установлено, ни один пеленг на карте они не прокладывали.
Когда самолет выходил из зоны Иркутского районного центра и переходил в зону Читинского центра, то он уже был в 40-50 километрах к югу от трассы. При таком большом расстоянии экипаж не мог настроить радиокомпас на приводные радиостанции Беклемишево и Чита, а также получать пеленги. Не сумев связаться по командной радиостанции, экипаж принял решение снизиться до высоты 2400 метров. Затем они увидели дорогу, как они решили, Романовка-Чита, что северней Читы, и направились вдоль нее в южном направлении, намереваясь так выйти к Чите. На самом деле, это была дорога Дарасун-Акша, которая, наоборот, уводила их от Читы еще дальше на юг. Руководитель полетов Макаров и авиадиспетчер Баранов с 17:25 по 17:33 получили несколько четких пеленгов с рейса 11, но не следили за его полетом. Даже когда пилоты передали, что они не находят приводные радиостанции, не могут получить пеленги и фактически потерялись, авиадиспетчеры не стали им помогать. Сам экипаж ранее получал четкие пеленги, свидетельствующие о том, что лайнер уходит к югу, но не стал использовать эту информацию. Вместо этого экипаж пытался сориентироваться на местности и дважды снижался над неопознанным горным районом.
Между тем, запас топлива уже подходил к концу. Будучи дезориентирован на местности, в 18:30 экипаж доложил в Читинский диспетчерский центр, что будет производить вынужденную посадку близ замеченного ими населенного пункта. Этим населенным пунктом было село Акша. Экипаж выполнил три захода на посадку на выбранную площадку, когда во время четвертого захода на высоте 900 метров (200-250 метров над уровнем подобранной площадки) Ил-12 врезался в покрытую лесом сопку высотой 1000 метров. Авиалайнер зацепил деревья, при этом оторвало левую часть крыла. Промчавшись сквозь деревья на протяжении 340 метров и разрушаясь о них, самолет остановился на противоположном склоне сопки на высоте 850 метров. Катастрофа произошла в 18:55 МСК (00:55 1 октября по местному времени) в 3 километрах юго-восточней Акши и в 190 километрах южнее Читы. Прибывшие спасательные службы обнаружили на месте падения одного тяжелораненого пассажира. Остальные 27 человек (22 пассажира и все 5 членов экипажа) погибли.

По мнению комиссии, расследующей происшествие, катастрофа произошла из-за ряда ошибок и нарушений. Одним из виновников стал экипаж, который потерял ориентировку, а затем начал действовать неправильно при попытке ее восстановить. Помимо этого, в Иркутском и Читинском диспетчерских центрах авиадиспетчеры не следили за полетом самолета и не предпринимали попыток вернуть его на маршрут. Помимо этого, Читинский диспетчер (Баранов) за все 2 часа 15 минут, что самолет находился в его зоне, не пытался определить, где же этот самолет находится, и не передал ему ни одной команды. Более того, когда случилась катастрофа, Баранов попытался в журнале сделать запись о команде "возьмите курс 3°", которая на самом деле не передавалась. Руководители полетов не контролировали работу диспетчеров, а когда стало известно, что экипаж рейса 11 потерял ориентировку, не стали использовать имеющиеся пеленги, чтобы вернуть его на маршрут. Наконец, диспетчер Улан-Удэнского аэропорта, в нарушение инструкций, не включал обзорный радиолокатор и не контролировал полет.