Дежурная по станции (ДСП) Гонжа Петрова связалась с машинистом Поповым, который вел поезд №3004, и предупредила об остановке впереди идущего поезда №2516 на перегоне, в связи с чем выходной сигнал со 2-го главного пути был закрыт. Далее Петрова связалась с машинистом Кузнецовым, который вел поезд №2126 и на тот момент находился у проходного светофора №6, и предупредила его о закрытом входном светофоре (по причине остановки поезда №3004 на станции). Машинист Кузнецов подтвердил принятие информации о закрытом входном сигнале, поэтому ДСП вышла из помещения для встречи поезда №3004. В 16:33 у красного выходного сигнала станции на 2-м главном пути остановился поезд №3004. Поезд полностью поместился на станции, а расстояние между его последним вагоном и позади расположенным входным светофором составляло 38 метров.
Следом за ним ехал №2126 весом 5281 тонна (при длине 62 вагона (~870 м)) и ведомый электровозом ВЛ80С-788/809 под управлением локомотивной бригады из машиниста 2-го класса Ю.В.Кузнецова (стаж 10 лет) и помощника машиниста С.А.Сонина (стаж 2 месяца). При подходе к предвходному светофору с желтым огнем машинист Кузнецов отпустил тормоза на скорости 40 км/ч и превысил при этом давление в тормозной магистрали, таким образом нарушив инструкцию по тормозам (№ ЦТ-ЦВ-ЦЛ-ВНИИЖТ-277). После того как поезд №2126 на скорости 35 км/ч проехал предвходной сигнал, а до закрытого входного оставалось 1400 метров, Кузнецов не стал снижать скорость, более того — на уклоне в 5 тысячных №2126 начал разгоняться. Помощник машиниста Сонин трижды докладывал машинисту о подходе к красному сигналу и даже периодически нажимал рукоятку бдительности, но при этом, видя что машинист не снижает скорость поезда, не предпринял никаких мер (например, дернуть стоп-кран) по предотвращению проезда запрещающего сигнала. Лишь за 335 метров от входного светофора, когда поезд разогнался уже до 50 км/ч, машинист Кузнецов наконец задействовал тормоза. Однако при такой скорости даже при экстренном торможении тормозной путь составил бы 402 метра, а при полном служебном торможении - 424 метра. В результате, в 16:40 поезд №2126 проехал запрещающий входной светофор станции Гонжа и на скорости 32 км/ч врезался в хвост поезда № 3004.
От удара электровоз поезда №2126 и 4 вагона поезда №3004 сошли с рельсов, при этом 3 вагона (порожние) вышли за габарит и оказались на 1-м главном пути. Всего через пару минут на станцию Гонжа въехал грузовой поезд №2805 весом 2746 тонн (при длине 61 вагон (~855 м)) и ведомый электровозом ВЛ80С-1408/1225 под управлением локомотивной бригады, состоящей из машиниста И.В.Котова, и помощника машиниста А.А.Персина. Так как станция Гонжа находится в кривой, из-за чего станционные пути имеют сильный изгиб, то бригада поезда №2805 не могла видеть полностью №3004 и не подозревала об опасности. В результате, когда они увидели сошедшие вагоны, то расстояния для торможения уже не оставалось, поэтому бригада применила экстренное торможение и выбежала из кабины. В 16:43 поезд №2805 левой стороной врезался в сошедшие вагоны, причем у электровоза ВЛ80С-1408/1225 от удара разрушило боковую стенку. Машинист Котов и помощник машиниста Персин погибли, так как находились в этот момент в боковом проходе.