18 分钟后，库页岛上的雷达发现了这架飞机。从该岛南端萨哈斯克机场上再次紧急起飞6 架米格—23 和苏霍伊SU—15 战斗机。雷达兵发现这架飞机似乎毫无觉察，依旧没有改变航向，如果不加拦截，那么它将会很快穿过库页岛，直飞苏联本土海参威，那里是拥有820 艘舰艇的苏联太平洋舰队司令部所在地。

苏联防空部队指挥所的空气骤然紧张起来。因为这架偏离航向的韩国客机飞越的地区，都是苏联军事上高度保密的地区。堪察加半岛拥有苏联战略导弹试验设施，也是“逆火”式战略轰炸机的基地。半岛东岸还是苏联核潜艇的重要基地，有90 艘核潜艇在此出入。另外，苏联将在9 月份试验旨在与美国抗衡的SSX24 、PL5 两种新导弹，而堪察加半岛周围是导弹溅落地点。因此，美国装有高分辨摄影设备与雷达的RC 一135 侦察机频频闯入这一地区上空，企图监测苏联的导弹试验。

就在007 航班深入苏联领空的同时，堪察加的苏军雷达正在追踪附近一架RC 一135 侦察机，他们起先把007 客机看作是它的加油机，后来见它往南直飞而去，便认定它是另一架RC 一135 侦察机。这时，真正的RC 一135 侦察机与它相距150 公里。

当地面雷达将连续跟踪这架来历不明飞机的情况，报告防空指挥所时，指挥官们也觉得纳闷，该机大摇大摆长驱直入苏联领空达两个多小时，似乎有点不可思议，但他们只是草草地询问了苏联民航交通管制局，答复是此刻没有民航机在此地飞行，他们也就不再追问了。

东京时间3 点零5 分，苏军中校奥西波维奇驾驶的苏霍伊SU 一15 战斗机最先发现“入侵”的飞机，他向地面指挥所报告：“我发现了目标。”随后的几分钟，奥西波维奇一直紧跟在韩国客机后面跟踪观察。他向地面报告：“目标的标志灯和闪光灯是亮着的。我正跟在它后面。怎么办？”

一般而言，“入侵者”肯定熄灯潜行，但中校却报告说目标灯火通明，颇有点招摇过市的模样。地面指挥员不禁有些吃惊但又不以为然，他命令奥西波维奇用识别敌我的无线电应答器与这架飞机联系。只有苏联飞机才能对战斗机发出信号有所反应，韩国民航机显然不可能携带应答设备，更不可能回答信号。于是，奥西波维奇又报告：“目标对敌我识别器毫无反应。”地面指挥官似乎下了决心：“目标已侵犯我领空，消灭它！”

奥西波维奇接着报告：“一切准备就绪！我已打开导弹发射系统开关！”

他刚要开火，耳机里忽又传来新的命令：“先发射警告弹！”中校飞行员感到很为难，机上装的都是穿甲弹，没有曳光弹，黑暗中有谁能看见它们呢？

无奈，他只好连续射出4 梭子，约200 余发穿甲子弹，这显然毫无用处。

可怜的无辜旅客对于即将飞来的横祸一无所知。这时候，客舱里的14 名空中小姐已经开始为醒来的旅客送早点了。郑炳寅机长也不知道大难临头。他似乎感到飞机要晚点，便在3 点15 分呼叫东京控制塔，请求稍稍爬高到35000 英尺再继续飞行。3 点22 分，东京控制塔同意了他的请求。与此同时，日本的雷达已经测到这架韩国客机的位置，是在北海道以南185 公里，而不是像郑炳寅机长这时向东京报告的那样位于北海道以北185 公里。东京控制塔开始意识到这架韩国客机有点偏离航向了，可是，已经晚了。

007 航班为准备升高，将速度放慢到每小时400 公里，使得一直跟踪的苏霍伊SU 一15 战斗机突然超前。奥西波维奇便认定“入侵者”已经看到他的飞机，并开始采取狡猾的规避动作，企图甩掉他的跟踪。这使地面指挥官更坚决地发出“消灭目标”的命令。