Перед каждым вылетом на самолете устанавливался и сразу же после его возвращения снимался блок подрыва, который срабатывал с задержкой в 70 секунд после включения. Предполагалось, что за это время пилот успеет катапультироваться или покинуть самолет каким-либо другим способом. Однако пилоты У-2 опасались, как бы ЦРУ не подстроило все так, что в случае использования подрывного устройства оно сработает мгновенно, уничтожив и пилота.

Появилась еще одна новая деталь в снаряжении пилота У-2 — серебряный доллар с ушком. Его можно было носить как брелок, на шее или цепочке с ключами. Внутри доллара находилась не совсем обычная булавка, служившая футляром для тонкой иглы с бороздками, в которых содержалось вещество коричневого цвета. Летчикам объяснили, что это яд типа кураре. При уколе смерть наступала мгновенно.

На апрель 1960 года были запланированы два полета-вторжения в воздушное пространство СССР. В первый полет Пауэрса назначили дублером.

Он состоялся 9 апреля на небольшое расстояние и прошел гладко, поэтому у Пауэрса появилась надежда, что и второй, который совершит он, тоже будет удачным. Правда, этот полет мало походил на все предыдущие. Это был настоящий перелет. Впервые предстояло пересечь всю территорию СССР, пролетев над Душанбе, Аральским морем, Челябинском, Свердловском, Архангельском, Кольским полуостровом, Кандалакшей, Мурманском, а затем взять курс на базу Бодо в Норвегии. Расчетная продолжительность полета равнялась девяти часам. Вылет должен был произойти с базы в Пешеваре (Пакистан), куда заранее были доставлены более 20 человек для обслуживания вылета. В целях сохранения секретности самолет доставили в Пешевар в ночь накануне операции.

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».

Парашют открылся сразу. Оставшийся без пилота У-2 спланировал и совершил посадку. Самолет опустился на вспаханное поле, прополз некоторое расстояние на брюхе, после чего его корпус снизу лопнул. Многие мелкие части, вырванные взрывом ракеты из фюзеляжа и крыльев У-2, также вслед за ним упали на землю. Высоко расположенные на корпусе самолета детали при приземлении не пострадали.

После обнаружения пропажи У-2 в ЦРУ и госдепартаменте начались лихорадочные совещания. Была принята версия, что самолет разбился, пилот погиб и никаких доказательств шпионажа нет. Но вот 5 мая СССР сообщил о сбитом над своей территорией военном самолете США. Реакция официального Вашингтона была мгновенной. В тот же день представитель госдепартамента США на официальной пресс-конференции заявил, что американский самолет типа У-2, проводивший вблизи советско-турецкой границы метеорологические исследования в высоких слоях атмосферы, в результате нарушения кислородного снабжения пилота сбился с пути. Далее в заявлении говорилось, что пилот потерял сознание, а самолет, управляемый автоматической системой, залетел в воздушное пространство СССР. Машина, по уверению госдепартамента, принадлежала не ВВС США, а НАСА. Версия тут же была подтверждена НАСА, объявившем о пропаже своего самолета. Были опубликованы «точные» данные о полете У-2 над турецкой территорией, о специальном его оборудовании для взятия проб воздуха и для сбора информации о радиационных излучениях. В остальном НАСА повторило положения из ранее сделанного заявления госдепартамента.

Через два дня в Москве состоялось заседание Верховного Совета СССР, на котором было сделано официальное заявление о том, что пилот сбитого самолета жив, находится в Москве и что имеются неопровержимые доказательства шпионского характера его полета. Припертый к стене фактами и доказательствами, госдепартамент США изменил тактику и выступил с новым заявлением, в котором признал, что У-2 был направлен в пределы Советского Союза в целях сбора военных шпионских данных, оговорив, однако, что власти в Вашингтоне разрешения на такой полет не давали. В преддверии новых президентских выборов это заявление было весьма опрометчивым. Перед Эйзенхауэром встала сложная дилемма. Если признать, что полет был осуществлен без его ведома, серьезно подрывался авторитет президента США и его администрации. Если допустить, что президент санкционировал полет самолета-шпиона, предстоявшие через несколько дней советско-американские переговоры на высшем уровне наверняка сорвались бы. Аллен Даллес предложил президенту уйти в отставку, чтобы была возможность переложить всю ответственность на него. Эйзенхауэр отверг это предложение и в своем выступлении 11 мая признал, что полеты американских самолетов над территорией СССР проводились с его ведома и одобрения и что он, в соответствии с американским законом 1947 года о национальной безопасности, ввел в действие директивы, на основании которых была разработана и реализована программа широкого наблюдения с воздуха путем проникновения шпионских самолетов США в воздушное пространство СССР.