Le 1 mai 1960, treize jours avant la conférence au sommet de Paris, un U-2 a décollé de Badaber pour une nouvelle mission de survol de l'Union soviétique. Il s'agissait de photographier les sites de missiles balistiques intercontinentaux près de Sverdlovsk et Plesetsk, puis d'atterrir à Bodø en Norvège.
Toutes les unités des Forces de défense aérienne soviétique furent mises en alerte rouge. Peu de temps après que l'avion fut détecté, le lieutenant général de l'armée de l'air Yevgeniy Savitskiy ordonna aux commandants d'unité « d'attaquer l'auteur de la violation de l'espace aérien à partir de toutes les bases sur le trajet de l'avion et de l'abattre ou de l'éperonner si nécessaire ».
Vu l'altitude de l'U-2, les tentatives soviétiques d'interception par des chasseurs échouèrent. En outre, l'U-2 était hors de portée de la plupart des sites SAM. Le seul site sur le trajet n'était pas en service ce jour-là. Selon la version officielle de l'événement (voir ci-dessous pour d'autres versions plausibles), l'U-2 a été frappé et abattu près de Degtiarsk dans l'Oural, par une salve de quatorze missiles SA-2 Guideline (S-75 Dvina). Le pilote, Francis Gary Powers, sauta en parachute, même si ce faisant il violait ses ordres de détruire l'avion à tout prix.
Powers disposait d'un dollar en argent modifié contenant un poison dérivé de la saxitoxine, mais il ne l'utilisa pas. En s'éjectant, il oublia de débrancher son tuyau d'oxygène et dut lutter jusqu'à ce qu'il s'arrache pour se détacher de l'appareil. Une nouvelle salve de missiles frappa l'avion et aurait probablement tué le pilote s'il était resté dans l'appareil. Une fois au sol, il fut pris pour un pilote soviétique, mais quand il s'avéra qu'il était américain, il fut arrêté.
Le centre de commandement des SAM ne savait pas que l'avion avait été détruit depuis plus de 30 minutes. Un des pilotes soviétiques fut abattu par une nouvelle salve de missiles.
Une étude du vol montre qu'un des derniers sites survolés est l'unité de production de plutonium Chelyabinsk-65. En photographiant l'installation, le rejet de chaleur des systèmes de refroidissement des réacteurs aurait pu être estimé et permettre le calcul de la puissance des réacteurs, et par conséquent la quantité de plutonium produite ainsi que le nombre d'armes nucléaires correspondant. Vu la grande sensibilité du site Chelyabinsk-65, il était entouré par un grand nombre de missiles anti-aériens.