Эта катастрофа была сразу засекречена, так как произошла в самый напряженный период отношений между СССР и США и была напрямую связана с обороноспособностью страны.
Было проведено тщательное расследование, которое с большой точностью выявило главную причину случившегося. В 1960 году к юбилею октябрьской революции, советские военные ракетчики готовили к запуску первую ракету Р-16, спроектированную КБ Янгеля с ЖРД на высококипящих компонентах топлива — это несимметричный диметилгидразин с азотным тетраоксидом. За этими сложными словами скрывались лучшие ТТХ ракеты, чем у стоящей тогда на вооружении Р-7, которую надо было только готовить к запуску 32 часа, закачивая жидкий кислород, а потом через 8 часов сливать его обратно, если запуск был отменен. Ни о какой оперативности запуска с такими характеристиками говорить не приходилось.
Р-16 с новым топливом могла стартовать через 30 минут.
В то же время к концу 1950-х у США на боевом дежурстве уже стоили 40 МБР. Руководство СССР требовало новую ракету.
Утром 21 октября ракета Р-16 была вывезена из монтажно-испытательного комплекса и доставлена на 41-ю площадку (полигон №5, Байконур). 21-22 октября ракету собрали и установили на стартовый стол. Вечером 24 октября должен был состоятся пуск ракеты. Руководил испытаниями маршал Неделин, он сидел на стуле в 17 метрах от ракеты, как и еще примерно 100 человек работали над ракетой в близости от неё. Накануне были выявлены проблемы с пиромембранами и пиропатронами (служили разделителям ступеней и электрических цепей), виноват был распределительный прибор «А-120» в котором сходилась вся проводка. Выяснилось, что из-за спешки в работах, были использованы провода, на которых плавилась изоляция — они просто касались друг друга, в результате чего произошёл подрыв пиромембраны магистралей горючего 1-й ступени. С прорванными мембранами ракета могла стоять не более суток. Ракету надо было снимать со стола и возвращать на завод, работы по замене вышедших из строя узлов заняли бы месяц. Однако, кроме некоторых возражавших специалистов, все высказались за продолжение работ и заменили пиропатроны.
Примерно за час до пуска были прорваны разделительные пиромембраны топливных баков второй ступени. Около 18:45 была объявлена 30-минутная готовность к пуску и начато выставление в «ноль» программного токораспределителя, который не имел обратного хода и запуск так или иначе состоялся бы через 30 минут. Внезапно запустился двигатель 2-й ступени и огненная струя разрушила баки окислителя и горючего первой ступени.
За 20 секунд сгорели все кто находился вблизи ракеты. Неделина опознали только по оплавленной звезде Героя СССР. По официальным данным погибло 78 человек, а главный конструктор ракеты Янгель выжил только по счастливой случайности — отошел покурить, чтобы не подавать плохой пример своим инженерам.