Юрий Гагарин и Владимир Серёгин погибли 27 марта 1968 года в авиакатастрофе при выполнении тренировочного полёта на самолёте МиГ-15УТИ.
Материалы официального расследования катастрофы в советское время не публиковались. По поводу гибели Гагарина циркулировало множество слухов, вплоть до фантастических. Споры об истинной причине происшедшего продолжаются до сих пор.
28 марта в 21:15 состоялась кремация останков Юрия Гагарина и Владимира Серёгина[4]. Урны с прахом погибших были захоронены 30 марта во время панихиды на Красной площади в Кремлёвской стене[5][6].
Истребитель МиГ-15УТИ № 612739, на котором (по дневнику Каманина) разбились Гагарин и Серёгин, был выпущен 19 марта 1956 года заводом «Аэро Водоходы» в Чехословакии. После выпуска прошёл два ремонта: первый — 13 июля 1962 года, второй — 30 марта 1967 года. Двигатель РД-45ФА № 84445А, изготовленный 25 декабря 1954 года с установленным межремонтным ресурсом 100 часов, прошёл четыре ремонта (в 1957, 1959, 1964 и 1967 годах). После последнего ремонта двигатель наработал 66 часов 51 минуту[3].
Во вторник, 26 марта на подмосковном аэродроме в Звёздном городке на предполётную подготовку Гагарин прибыл около 10 часов утра. Сначала 4 часа шли предполётные занятия. Днём — заправка самолёта с назначенным на 27 марта полётом. Вернулся Гагарин ближе к вечеру, после того, как навестил супругу Валентину из госпиталя. В 21:00 Гагарин прибыл домой, где его ждали сестра Мария и дочери — Елена и Галина. До 22:30 Юрий читал девочкам сказки, затем все легли спать.
Утром в среду 27 марта 1968 года в 10:18 Гагарин и Серёгин взлетели на учебном самолёте МиГ-15УТИ с подмосковного аэродрома Чкаловский в Щёлкове. На момент взлёта условия видимости были нормальными, а высота нижней границы облаков составляла 900 м над земной поверхностью. Выполнение задания в пилотажной зоне должно было занять не менее 20 минут, но уже в 10:30 Гагарин сообщил на землю об окончании задания, запросил разрешения развернуться и лететь на базу. После этого «625-й» — позывной Гагарина — больше на связь не выходил.