За 30 минут до запланированного пуска произошёл несанкционированный запуск двигателя второй ступени Р-16. Произошло разрушение баков первой ступени и взрывообразное возгорание компонентов ракетного топлива. В пожаре, по официальным данным, погибло 74 человека. Позже от ожогов и ран скончались ещё четверо (по другим данным погибло от 92 до 126 человек). Среди погибших был главнокомандующий РВСН, Главный маршал артиллерии М. И. Неделин.
Катастрофа, повлёкшая за собой большие человеческие жертвы, была вызвана грубыми нарушениями правил техники безопасности при подготовке к пуску и стремлением успеть провести запуск не до конца подготовленной ракеты к приближавшемуся празднику — годовщине Великой Октябрьской социалистической революции. Данные о катастрофе были засекречены, и первые упоминания о ней в советских средствах массовой информации появились только в 1989 году.