27 марта 1968 года, во время учебного полёта на МиГ-15УТИ погиб Юрий Гагарин и его лётчик-инструктор Владимир Серёгин (также обучавший Терешкову).
29 томов расследования были засекречены максимальным грифом, в 2003 году раскрыт лишь вывод госкомиссии о причинах их гибели. Это «резкий маневр и сваливание в штопор», а из-за чего был сделан такой маневр — мнения расходятся, официальной версии нет.
По утверждению главы Центра подготовки космонавтов Николая Кузнецова, Серёгину тогда нездоровилось и во время выполнения виражей ему могло стать плохо. Он мог расстегнуть ремни кресла и парашюта, а тело — заблокировать органы управления. Гагарин мог устраивать виражи, чтобы привести в чувство Серёгина — до самой смерти.
Версия пилота Владимира Аксёнова — экипаж совершил ошибку в сложных метеоусловиях, что привело к падению. Версия ветерана ВВС Эдуарда Шершера — причиной катастрофы стало «гусарство» — выполнение фигур высшего пилотажа, не указанных в полётном задании.
Есть версия полковника ВВС Игоря Кузнецова — техники оставили полуоткрытым один из вентиляционных кранов и началось кислородное голодание. Версия оспаривается — разгерметизация даже тогда не представляла угрозу экипажу.
По мнениям генерал-лейтенанта Белоцерковского и космонавта Леонова самолёт сорвался в плоский штопор в результате уклонения от Су-15 или попадания в его спутный след, столкновения с шаром-зондом.
Широко разошлись байки о том, что Гагарин с Серёгиным перед полётом выпили по стакану водки (алкоголь в крови пилотов обнаружен не был). Также не подтвердились слухи, что гибель Гагарина была подстроена Политбюро, что Гагарин вместо гибели был тайно арестован спецслужбами, был похищен НЛО, погиб ранее на тестах лунного космолета СССР и даже «сымитировал собственную смерть и уехал жить в тайгу».
В 2023 году Госахрхив рассекретил фотографии с места катастрофы — на части из них можно различить обломки фюзеляжа МиГ-15УТИ и части курток пилотов.
