在007 航班飞行的最后一段时间里，客机和它的追踪者都出现在日本军用电子监听站的雷达屏幕上，看上去就好像是一场空中截击演习。而且监听站也截录了苏联这架战斗机与地面指挥所的俄语无线电通讯。

这时，007 客机已经飞越库页岛西岸，朝西南方向飞去，重新进入国际空域。苏联防空指挥所觉得马上要错失良机。尽管他们一直未能证实这架飞机负有侦察使命，但时间已变成最重要的因素，机不可失，必须抢在目标逃离苏联领空前把它击落，以示惩罚。于是最后下达了摧毁“入侵者”的命令。

3 点25 分46 秒，苏霍伊sU 一15 飞行员报告：“导弹发射准备已就绪。”

接着，在3 点26 分20 秒，他又报告：“导弹已经发射！”两枚AA 一3 型“阿纳布”空对空导弹，从SU 一15 战斗机的机翼下闪电般地射出，直奔8 公里外的007 客机。第一枚导弹击中了客机的尾部，腾起一阵黄色火焰。第二枚导弹击中左翼发动机，摧毁了左翼的一半，飞机上的灯火全部熄灭。

3 点26 分21 秒，奥西波维奇以例行公事般冷淡的声调向地面报告：“目标已被摧毁。”

3 点27 分，东京控制塔收到遇难客机发出的最后呼叫，“我是韩国007 航班，舱内急速减压，飞机降至1 万英尺高度..”接下来就是一片噪音，什么也听不见了。

日本雷达跟踪到这架被击毁客机的最后坠落过程。3 点35 分，飞机从35000 英尺下跌到5000 英尺；3 点38 分，飞机飘落到1000 英尺。客机的亮点从雷达荧光屏上消失了。这时离导弹击中已有12 分钟。

正在库页岛以西48 公里的莫涅龙岛附近海面作业的日本渔民，目睹了客机坠落海面的惨景。日本渔船“千岛丸”号船长早矢康和6 名船员，突然听到高空传来隆隆的飞机声，伴随着明亮的桔红色闪光，巨大的机身横空坠落，笔直窜入东南方海面，一时间火光耀眼，接着是天崩地裂般的爆炸声。飞机坠落地点在莫涅龙岛以北17 海里处的国际水域。

苏联防空指挥所得知月标已摧毁的报告后，反而显得有些慌乱，又急忙命令奥西波维奇继续追踪正在下降的那架飞机。苏霍伊SU 一15 战斗机在低空盘旋了几分钟，怎么也没找到中弹的飞机，这时燃油又快用完，只好飞回基地了。

韩国007 航班被苏军导弹击落事件，顿时在国际上引起一场轩然大波。

由于悲剧发生在世界上最敏感，同时也是监视最严密的地区，设在阿拉斯加南部和日本北部一线的美国监听站，以及日本北海道最北端雅内市雷达情报站等日本27个雷达电子监听站，都监听并且录下了苏联战斗机飞行员在跟踪和击落韩国客机过程中，同地面指挥所的通话，甚至还截获了伯力苏军防空司令部和莫斯科国防部的通话。因此，在韩国客机被击落3个小时后，美国国家安全局就把空难经过的资料全部整理好，呈报美国政府。

美国东部时间9月1日10点45分，美国国务卿舒尔茨在国务院召开记者招待会，愤怒谴责苏军击落韩国客机的恐怖罪行。美国总统里根在第二天也提前结束在西海岸的度假，返回华盛顿，召开国家安全会议，研究对苏制裁措施。

直到莫斯科时间9月1日21点15分，苏联才打破沉默，由塔斯社发表了一个措词含糊的简短声明，说一架所属不明的飞机粗暴地侵犯了苏联的领空。苏联空军战斗机进行警告性射击后，它就朝日本海方向飞去，机影从雷达屏幕上消失。根本就不承认击毁韩国客机的事实。