Опробовав мотор на всех режимах, Чкалов жестом показал, чтобы убрали тормозные колодки. Прибавив обороты, он проверил тормоза, вырулил со стоянки, развернулся влево и, немного отрулив, дал полный газ и почти от самого ангара пошел на взлет. Отрыв от земли нормальный, истребитель стал набирать высоту.
Поднявшись метров на пятьсот, летчик медленно покачивает машину с крыла на крыло, — значит, элероны, управляющие креном самолета, работают. Чкалов делает разворот влево на 90 градусов, затем проводит второй разворот. Истребитель идет мимо аэродрома «Фили», в сторону ангара ОЭЛИД ЦАГИ.
Владимир Коккинаки, взлетев на ЦКБ, уже завершал задание, когда И-180 подошел к нему совсем близко, покачав крыльями. Коккинаки заметил, как Чкалов поднял левую руку в перчатке с большим пальцем, загнутым вверх.
После этой встречи в воздухе Валерий Павлович развернул истребитель в третий раз под прямым углом и взял курс как при взлете. И тут неожиданно упала температура масла и головок цилиндров мотора. Чкалов немедленно подворачивает влево, ближе к аэродрому, и начинает осторожно снижаться.
Мотор работает рывками, высота быстро уменьшается. Валерий Павлович уже вышел на посадочный курс; впереди показались жилые бараки.
Летчик двинул вперед сектор управления оборотами мотора. Раздался оглушительный хлопок двигателя, так и не добавившего оборотов; самолет стал резко снижаться.
Чкалов резко накренил машину, чтобы отвернуть от показавшейся жилой постройки; самолет лег в левый вираж. Валерий Павлович заметил небольшой кусок, изрытый оврагами, но свободный от построек: до него всего метров четыреста.
Оставались считанные метры до земли, когда Чкалову вновь пришлось отворачивать от неожиданно возникшего впереди длинного барака, из-за которого торчали высокие столбы. Левой рукой он дернул за рукоятку замка сдвижной части фонаря пилотской кабины — она тут же открылась.
Летчик направил истребитель в последний вираж, проскочил мимо жилья — и тут же плоскостью зацепился за столб. Удар был настолько сильный, что сиденье и соединенный с ним электрический аккумулятор, сорвавшись с креплений, были выброшены вместе с привязанным к ним летчиком. От страшной перегрузки Чкалов потерял сознание и сразу, после баллистического полета, ударился головой о торец штабеля из дюймовых металлических арматурных прутьев…
Свидетели катастрофы бросились к разрушенной машине и обнаружили истекающего кровью летчика. Его доставили в ближайшую больницу, имени Боткина. Там Валерий Павлович Чкалов скончался.
А вот как описываются драматические события в «Кратком сообщении», направленном руководством завода № 156 И. Сталину и В. Молотову:
«Самолет оторвался от земли после разбега, примерно в 200—250 метров, и, набрав высоту 100—120 метров, с виражом пошел на первый круг. Далее полет продолжался на высоте 500—600 метров.
Закончив первый круг над аэродромом, самолет пошел на второй круг, растянув последний в сторону завода № 22, после чего пошел на посадку. Не доходя до аэродрома одного-полутора километров, с высоты около 100 метров самолет сделал вираж влево и скрылся за постройками.
Самолет обнаружен на территории дровяного склада (Магистральная ул., д. № 13), возле Хорошевского шоссе.
Самолет при снижении зацепил и оборвал провода на территории склада и, развернувшись, врезался в кучу дровяных отходов. При ударе т. Чкалова выбросило вперед на 10—15 метров вместе с хвостовой частью фюзеляжа, управлением и сиденьем. Передняя часть самолета разбита. Пожара не было.
Т. Чкалов был тотчас же взят еще живым работниками склада и доставлен в Боткинскую больницу, где скончался через несколько минут».
16 декабря 1938 года все газеты и радиостанции страны передали правительственное сообщение: «Правительство Союза ССР с глубоким прискорбием извещает о гибели великого летчика нашего времени Героя Советского Союза тов. Валерия Павловича Чкалова при испытании нового самолета 15 декабря сего года».
В тот же день Правительство Союза ССР решило для похорон Валерия Павловича Чкалова на Красной площади, у Кремлевской стены, создать правительственную комиссию; в нее вошли и друзья летчика — Громов, Байдуков и Беляков.
«…Погиб великий летчик нашего времени, имя которого являлось синонимом героизма и мужества, — писала „Правда“. — Валерий Чкалов был храбрейшим из храбрых. Среди советских летчиков он пользовался громадным уважением как несравненный мастер своего дела. Среди всего советского народа он пользовался широчайшей известностью и любовью как народный герой…».