Oba letouny v rozmezí čtyřiceti minut vzlétly z moskevského letiště Domodědovo a zmizely z ra­darů zhruba ve stejnou dobu. První stroj, Tu-134 letící z Moskvy do Volgogradu, se zřítil v Tulské ob­lasti. O tři minuty později se na trase Moskva-Soči nedaleko Rostova na Donu zřítil i letoun Tu-154. Neštěstí, při němž zahynulo 89 lidí, způsobily sebevražedné atentátnice, které původně žily v čečenské metropoli Grozném ve stejném bytě a pracovaly na stejném trhu. Obě ženy přiletěly na letiště Domodědovo 24. srpna z Dagestánu. Po příletu je sice zadržela letištní policie a zabavila jim při kontrole pasy, zakrátko je však propustila. Dvě minuty před koncem odbavovacího procesu si první z žen, zapsaná pod jménem Sacita Džebirchanovová, koupila letenku od překupníka, který zaměstnanci aerolinií předal její úplatek, aby mohla na poslední chvíli nastoupit do letadla TU-154, směřujícího do Soči. Stejným způsobem získala za úplatek místo v letadle TU-134 na lince Moskva-Volgograd i druhá atentátnice, do seznamu cestujících zapsaná jako Amanta Nagajevová.

Letoun Tu-134 nesl na palubě 42 lidí včetně posádky. Zřítil se těsně před 21. hodinou středo­ev­ropského času v Tulské oblasti nedaleko vesnice Bučalky, vzdálené zhruba 200 kilome­trů jižně od Moskvy. Letadlem Tu-154 cestovalo z Moskvy do černomořského letoviska Soči 47 lidí, z toho 8 osob posádky. Podle několika ruských zdrojů těsně před tím, než u jihoruského Rostova na Donu zmizel letoun z radaru, byl údajně kontrolní věži pilotem nahlášen pokus o únos. Po zajištění stop při forenzním šetření znalci dospěli k závěru, že na palubě obou letadel došlo k explozi způ­sobené hexogenem (RDX, cyklonit, nebo T4), silnou brizantní trhavinou, která patří k nejsilněj­ším vojen­ským výbušninám.

K atentátu se přihlásila skupina islamistů zvaná Brigáda Islámbulího, napojená na al-Káidu. Za pouhý týden od pádu letadel se tito extremisté přihlásili i k bombovému útoku u stanice moskev­ského metra Rižskaja, kde 31. srpna 2004 díky sebevražedné atentátnici zahynulo deset lidí a 51 jich bylo zraněno. "Budeme pokračovat v boji proti nevěřícímu a zbabělému Rusku, které na­dále zabíjí muslimy. Rusové okusí stejný strach a utrpení, které způsobili muslimům," hrozili tero­risté. Tehdy se také diskutovalo o tom, nakolik lze tyto teroristy spojovat s dalekým Egyptem. Ne­boť Chálid al-Islámbulí (jeho bratr Muhammad al-Islámbulí patřil mezi poradce Usámy bin Ládina), jehož jméno se objevilo v názvu teroristické skupiny, jako poručík dělostřelectva egyptské armády (jinak též člen organizace zvané Islámský džihád), při vojenské přehlídce zabil egyptského prezi­denta Anvara Sadata. Ruské bezpečnostní složky nakonec ale Brigádu Is­lámbulího identifikovaly jako teroristickou organizaci ze severního Kavkazu. Ve skutečnosti se tedy jednalo o jakousi před­zvěst teroristické organizace nazývané Kavkazský emirát (představující kavkazskou obdobu dneš­ního Islámského státu), který v říjnu 2007 na severním Kavkaze vyhlásil samozvaný emír, jinak též vůdce čečenských separatistů Doku Umarov. O kavkazském emirátu více v dřívějším článku.