Точну причину катастрофи встановити не вдалося. За офіційними даними, через повітряну обстановку, що змінилася, літак здійснив різкий маневр і «зірвався в штопор». При спробі вирівняти апарат сталося зіткнення із землею. Разом з Гагаріним загинув льотчик-інструктор, командир полку Володимир Серьогін.
12 квітня 1961 року перший космічний політ здійснив Юрій Гагарін, його дублером був Герман Титов, запасним космонавтом – Григорій Нелюбов.
До космічного корабля Юрія Гагаріна проводжав не один, а два дублери. Крім усім відомого Германа Титова, дублером був Григорій Нелюбов.