Примерно через три минуты командир самолета Ан-24, летевшего с Ту-154 параллельным курсом, сообщил диспетчерам, что слева от него произошел мощный взрыв, после которого неизвестный самолет потерял управление и упал в море. Впоследствии пилот третьего класса Давид Саргасян рассказал: «Точный момент взрыва никто из нас не засек, потому что нужно было следить за своими приборами. Внезапно кто-то крикнул, что впереди — горящий объект. Как потом оказалось, это были обломки самолета. Мы не имели права уходить с заданной высоты, и нам пришлось делать крюк в несколько километров, облетая место катастрофы. Задерживаться мы тоже, по инструкции, не имели права. Оставалось лишь сообщить о происходящем диспетчеру и продолжить полет». Чуть позднее от пилота еще одного самолета Ту-154, также летевшего из Тель-Авива, на пульт диспетчера поступило сообщение, что в 180 километрах юго-западнее Сочи видны плавающие в море обломки самолета.
Стало понятно, что российский лайнер над Черным морем потерпел катастрофу.
Вообще именно с Ту-154, который долгие годы считается самым массовым среднемагистральным российским лайнером, связано наибольшее количество катастроф и происшествий в авиации нашей страны. За почти 30 лет эксплуатации было выпущено около 950 машин этого типа и около 50 из них разбились.
В 14 часов 27 минут в точку катастрофы вылетел вертолет МЧС Ми-8, туда же направился сторожевой пограничный корабль «Гриф». Погода стояла солнечная, и летчики ясно увидели плавающие в море тела погибших, обломки фюзеляжа, куски обшивки, спасательные жилеты, рюкзаки и чемоданы… Катастрофа произошла в небе над Черным морем в 180 километрах от Адлера. Точные координаты места падения лайнера — 42 градуса 11 минут северной широты и 37 градусов 37 минут восточной долготы. Прибывший в 16.20 сухогруз «Капитан Вакула» поднял на борт 13 тел погибших пассажиров и взял курс на Сочинский порт.
В 16 часов началось оперативное совещание президента России В.В. Путина с директором ФСБ Н.П. Патрушевым и министром обороны С.Б. Ивановым, на котором обсуждалась гибель российского лайнера. Владимир Путин предположил, что, возможно, был совершен теракт. «С учетом последних событий в мире версия теракта отрабатывается в первоочередном порядке», — подчеркнул президент. Комиссию по расследованию причин катастрофы возглавил секретарь Совета безопасности России Владимир Рушайло.
Авиакомпания «Сибирь» сделала заявление, что погибший самолет «был одним из лучших в авиапарке компании, он прошел строгий технический контроль» и им «управлял опытный экипаж». Этот Ту-154 был построен в 1991 году и с того времени налетал 16706 часов, замечаний к нему по качеству технической эксплуатации не было. Аэропорт Бен-Гурион, откуда Ту-154 вылетел в свой последний рейс, — один из самых безопасных в мире, здесь существует великолепная система контроля за пассажирами, и очень трудно допустить, что кто-то мог пронести на борт самолета взрывное устройство. Таким образом, вероятность совершения теракта на борту лайнера представляется весьма низкой. С подачи Израиля была обнародована информация о том, что по пути российский самолет якобы садился в Болгарии в аэропорту Бургаса, где взял на борт еще пятнадцать пассажиров, среди которых теоретически мог находиться террорист. Но болгарские власти факт посадки категорически отвергли.
Уже в первые часы после катастрофы американская телекомпания Си-Би-Эс и французское информагентство Франс-Пресс сообщили, что американским спутником был зафиксирован пуск ракеты над Крымским полуостровом. Это подтвердили и ростовские авиадиспетчеры, которые видели на экранах локаторов яркую точку, приближающуюся к лайнеру. Действительно, в это время на военном полигоне Чауда в районе Феодосии проходили крупномасштабные учения вооруженных сил Украины, на которых отрабатывались учебно-боевые задачи по обнаружению и уничтожению воздушных целей условного противника зенитными комплексами. В частности, осуществлялись боевые пуски ракет зенитно-ракетных комплексов С-200. Стрельбы проходили в районе, где пролегают трассы воздушных судов. В России первым о правдоподобности «ракетной» версии высказался маршал авиации Евгений Шапошников.
