Маршрут, которым должен был лететь Пауэрс, был следующим: Адана — Пешавар (Пакистан) — Кабул (Афганистан) — Свердловск (Россия) — Будё (Норвегия). У Пауэрса был с собой пистолет 22 калибра, серебряный доллар во внутреннем кармане, крошечный шприц со смертельной дозой яда кураре на случай вынужденного приземления. Катапультирование, согласно инструкциям ЦРУ было "необязательным"; жалованье летчика-шпиона в 35 000 долларов в год оправдывало такой риск!
Первый отрезок полета был просто перелетом с Инджирлик в Пешавар, где он задержался на четыре дня для отдыха и заправки топливом перед началом длительного полета над русской территорией.
1 мая, Пауэрс сел в кабину своего U-2 для выполнения "безумного полета", в котором, на высоте 30 000 метров, он покрыл бы расстояние 5 640 км, пролетев Урал, русские города Сталинград, Аральск, Киров, Архангельск и Мурманск и два важных ракетных полигона: Тюратам и Капустин Яр, которые совершенно недавно были обнаружены американскими разведслужбами.
U-2 взлетел на час позже графика, поскольку "добро" Президента Эйзенхауэра — обычная процедура для всех полетов над Россией, пришел несколько позже. За время ожидания Пауэрс несколько раз проверил бортовое оборудование и, без сомнения, почувствовал какое-то мрачное предчувствие, когда его глаз упал на кнопку с надписью "УНИЧТОЖЕНИЕ", которую нужно было нажать в критический момент, чтобы предотвратить попадание некоторых частей сверхсекретного электронного оборудования в руки русских. Согласно памятке, нанесенной возле кнопки, взрывчатка уничтожила бы только оборудование, но Пауэрс знал, что заряды взрывчатки были прикреплены и к внутренним стенкам герметичного отсека фюзеляжа и, учитывая огромную разницу давлений на очень большой высоте, взрыв, определенно, означал бы конец и самого самолета.
После взлета, U-2 начал быстрый набирать высоту и ко времени пролета Кабула — столицы Афганистана, он уже достиг высоты 19 800 метров; здесь, Пауэрс, включил оборудование приема и регистрации всех электромагнитных излучений в эфире, включая военные радиопередатчики и сигналы РЛС на всех рабочих частотах. Оборудование автоматически делало запись основных параметров каждой РЛС: частоты, длительности каждого импульса, частоты повторения импульсов и периода сканирования антенны. Эти параметры составляют "сигнатуру" или "отпечатки пальцев" РЛС и, анализируя которые, можно было определить тип неизвестной РЛС и особенности ее конкретного применения. Взяв два или большее количество пеленгов (измерений направления прихода электромагнитного излучения для обеспечения триангуляции) можно определить местоположение РЛС и, следовательно, определить, где расположены системы оружия, которыми она управляет. Когда РЛС принадлежит потенциально враждебной стране, эта информация чрезвычайно полезна для разработки методов противодействия, когда собственным летчикам, в будущем, может быть придется прорываться в воздушное пространство противника.
Первоочередным использованием этих параметров должно быть их хранение или "запоминание" в СПО, которая предупредит летчика о присутствии и направлении на наземную или воздушную угрожающую РЛС. Предупреждение о неизбежной ракетной или артиллерийской атаке, очевидно, является жизненно важным фактором успеха выполнения задачи и выживания самого летчика, которое, таким образом, позволяет ему немедленно выполнить противозенитный маневр или включить соответствующее оборудование электронного противодействия. Имеется большое количество различных методов РЭП и выбор их использования зависит от обстоятельств определенной ситуации. Например, летчик может подавить РЛС противника, чтобы нейтрализовать ее эффективность или использовать имитационные помехи, чтобы сбить ракету с курса, излучая в направлении стрельбовой РЛС ответный ложный сигнал. ПРЛО, которые так успешно применялись во Второй мировой войне, также могут использоваться для увода ракеты от реальной цели, создавая около самолета множественные ложные цели. В настоящее время, ПРЛО изготавливаются из различных материалов: посеребреного нейлона, освинцованного алюминия, покрытого алюминием стекловолокна и других комбинаций. Сегодня, с помощью разнообразных диспенсеров, полоски выбрасываются с самолета автоматически, согласно определенному закону и в количестве, специфичном для конкретных угроз.
Пауэрс не был специалистом в РЭБ. Однако, как летчик U-2, прошедший обучение в ЦРУ, он знал, что, если русский МиГ-21, летящий на 10 000 метров ниже него, выпустит ракету воздух-воздух, чтобы попытаться его сбить, он может рассчитывать на новое, чрезвычайно сложное электронное устройство, установленное на борту его самолета с целью запутывания РЛС русской ракеты. В действительности, это устройство представляло собой один из самых первых передатчиков имитационных помех. Его специально разработали по просьбе ЦРУ три ведущих американских производителя средств РЭБ и, который, конечно, был "сверхсекретным".
Также, Пауэрс знал, что русских чрезвычайно раздражали полеты U-2, хотя они и сохраняли достоинство, поскольку не могли ничего с этим поделать. Без сомнения, русские РЛС ждали и попытались бы его обнаружить, как только U-2 появится в воздушном пространстве СССР. Однако, Пауэрса успокаивала мысль, что его самолет мог лететь на такой большой высоте, что ни один советский перехватчик или ракета не могли его достать.
Американские РЛС в Пакистане и Афганистане могли сопровождать Пауэрса только до тех пор, пока он не пересечет советскую границу, и не исчезнет с экранов их РЛС. С этого момента единственным средством слежения за ним становились станции прослушивания ЦРУ, которые перехватывали радиопередачи русской системы ПВО; никакой прямой контакт с Пауэрсом был невозможен, поскольку он должен был поддерживать полное радиомолчание.
Вскоре после того как Пауэрс пролетел Афганистан, одна из советских РЛС начала сигнализировать другим РЛС, что обнаружила неизвестный самолет и, поскольку U-2 вторгся в самое сердце Советского Союза, информация об обнаружении стала передаваться от одной РЛС к другой. Внезапно, операторы ЦРУ услышали возбужденный голос, повторявший много раз: "Цель сбита! Цель сбита!" И в это же мгновение Пауэрс почувствовал как его бросило вперед и снаружи, красная вспышка осветила фюзеляж его U-2, как будто позади самолета произошел сильный взрыв. Самолет перестал слушаться рулей и начал, медленно вращаясь, терять высоту. Пауэрс открыл фонарь, чтобы выбраться, и был выброшен из самолета центробежной силой. Его парашют раскрылся на высоте примерно 10 000 метров и он медленно опустился на советскую территорию.
Пауэрс был арестован. Во время допроса он утверждал, что работал на компанию Lockheed и испытывал разведывательный самолет для ведения шпионажа над Россией.
Все это произошло как раз перед встречей на высшем уровне в Швейцарии Президента США Эйзенхауэра и Премьер-министра СССР Хрущёва для обсуждения проблем мира. Хрущев воспользовался представившимся ему случаем, и унизил Соединенные Штаты перед всем миром.
Пауэрс, естественно, предстал в Москве перед военным трибуналом Верховного суда, где был охарактеризован как типичный беспринципный молодой американец, который из своей жадности к деньгам не колеблясь, совершил преступление, которое могло вызвать ядерную войну. Прокурор представил суду вещественные доказательства в виде магнитных лент обнаруженных в обломках U-2. Они содержали параметры сигналов РЛС советской системы ПВО. Были также продемонстрированы и фотографии электронного оборудования U-2.
Приговор был суров, хотя, как говорилось в приговоре, ограничивался десятью годами заключения, три из которых он должен был провести в тюрьме. Пауэрс, однако, был выпущен через семнадцать месяцев, в обмен на супершпиона КГБ подполковника Рудольфа И.Абеля, который был арестован и заключен в американскую тюрьму.
Как только он ступил на американскую землю, Пауэрс был изолирован ЦРУ и подвергнут непрерывному допросу в течение более чем двадцати дней; в этом деле было много неясных вопросов, которые ЦРУ хотело прояснить. Больше всего их интересовала причина неудачи полета U-2, произошла ли она по причине наличия у русских новых ракет ЗРК или вследствие факта измены, совершенной Пауэрсом и, прежде всего, имеются ли у русских средства предотвращения прорыва американских бомбардировщиков оборудованных электронными средствами противодействия в советское, воздушное пространство в случае войны.