Первым пришло телефонное сообщение из ногинского отдела МГБ о том, что самолет упал северо-восточнее города и горит. А. Н. Туполев и С. Д. Агавельян срочно на автомобиле выехали в Ногинск на место катастрофы. За ними на нескольких машинах отправились другие работники ОКБ и летных служб. Непосредственно к месту катастрофы они добирались пешком через заболоченный лес, а для А. Н. Туполева достали лошадь. Когда вышли на место трагедии, перед всеми предстала страшная картина. Самолет, имея на борту несколько десятков тонн керосина, врезался в болотистый подлесок, взорвался и образовал воронку глубиной до десяти метров. На дне воронки догорали восемь огромных покрышек основных стоек шасси, наполняя воздух запахом сгоревшей резины. Рассыпавшись по лесу, экспедиция приступила к поискам оставшихся в живых и останков погибших. Нашли останки командира корабля и обмотанный парашютом труп штурмана. Прибежавшие из ближайшей деревни крестьяне сообщили, что там находятся пять человек, приземлившихся на парашютах — от сердца немного отлегло.
Вот что рассказал участник того полета бортрадист Н. Ф. Майоров: «…Вылетев утром, мы выполнили задание по замеру расходов топлива. На последнем режиме максимальной тяги двигателей, на высоте 7300 метров, возник пожар третьего двигателя. Я через верхний блистер наблюдал за поведением машины. Услышав сильный щелчок, увидел отверстие в передней верхней части капота третьего двигателя и небольшое пламя, бьющее из него. Я доложил командиру. Двигатель немедленно был выключен, винты зафлюгированы. Включили пожаротушение. Пожар продолжался, отвалились части самолета. Стало ясно, что нормально посадить самолет не удастся. Снижаясь до высоты 5000 метров, Перелет отвел горящий самолет от густонаселенного района к лесному массиву и приказал всем, кроме бортинженера Чернова, покинуть самолет. Я все ждал. Заглянув вниз, в кабину, я увидел спокойно сидящего командира. Я понял, что он намерен сажать самолет аварийно. На высоте 3000 метров я покинул самолет и занялся снижением. Я спускался на парашюте и только увидел, как появился какой-то сильный пожар и возник столб дыма…»
Ведущий инженер Н. В. Лашкевич, спускаясь на парашюте, видел, как отделился от самолета горящий третий двигатель, винты четвертого двигателя встали во флюгерное положение и самолет, завалившись в крутую спираль, почти вертикально пошел к земле. Во взорвавшемся самолете погибли А. Д. Перелет и А. Ф. Чернов, до последнего момента пытавшиеся спасти опытную машину. Штурман С. С. Кириченко покинул самолет, но его вместе с парашютом накрыло ударной волной и пламенем взрыва. А. М. Большаков покинул самолет, забыв в суматохе надеть парашют, на котором он сидел, но говорили, что он и не умел им пользоваться. Остальные сумели спастись. А. Д. Перелету за вклад в создание Ту-95 посмертно было присвоено в 1955 году звание Героя Советского Союза, а в 1957 году присуждена Ленинская премия. Его именем была названа улица в городе Раменском.
Первая опытная машина погибла, погибли люди. Требовалось найти причину катастрофы, чтобы подобное не повторилось на втором летном экземпляре с более совершенными двигателями ТВ-12, находившемся в постройке. Была создана Правительственная комиссия.
На месте катастрофы один из солдат, откапывавший мотогондолу третьего двигателя, нашел крупный обломок шестерни редуктора двигателя 2ТВ-2Ф. Его передали для исследований в ЦИАМ. Крупнейший специалист по прочности авиационных материалов Р. С. Кинасошвили определил по структуре излома шестерни, что разрушение носит явно усталостный характер, однако члены комиссии не соглашались с подобным заключением, так как шестерня в составе двигателя наработала всего лишь десять часов. Двигателисты настаивали на том, что шестерня сломалась от удара и что причина катастрофы — разрушение моторамы. Шла обычная в таких случаях борьба: никто не хотел становиться виновником катастрофы.
Но когда были подняты дела № 34 и 35 ОТК ОКБ-276 (Н. Д. Кузнецова), оказалось, что на 30-м и 40-м часах работы двигателей 2ТВ-2Ф на стендовых испытаниях имело место усталостное разрушение шестерен редукторов с пожаром в испытательных боксах. Над ОКБ Н. Д. Кузнецова сгустились тучи. В этот критический момент в защиту двигателистов резко и аргументированно и в то же время неожиданно и мужественно выступил А. Н. Туполев. Неожиданно и мужественно оттого, что «компетентные органы» выбирали виновника катастрофы: летный состав отпал, оставались двигателисты или самолетчики. Отводя удар от двигателистов, Туполев подставлялся сам.