Со станции Западная Двина поезд отправился почти по расписанию, а к разъезду Подсосенка (Тверская область, однопутный участок перегона Великие Луки-Ржев Ржевского отделения Октябрьской желеезной дороги) уже шел с небольшим опережением на 3 минуты. В это время с противоположной стороны на разъезд принимался сборный грузовой поезд №3455, ведомый тепловозом 2М62, введенный диспетчером в оперативном порядке. Особенность разъезда Подсосенка заключается в том, что он расположен на идеальной прямой и при движении со стороны Нелидово сразу за разъездом начинается подъем, а сам разъезд расположен в низине и этим утром, в 5:15, на разъезде стоял густой туман. Для легкого преодоления подъема машинисты поездов всегда стараются разогнаться на разъезде и перед ним. Согласно графику, у пассажирского поезда не было ни остановки на этом разъезде, ни скрещения с другими поездами встречного направления, и локомотивная бригада вела поезд на полной скорости без каких-либо опасений. При этом, ни поездной диспетчер, ни дежурный по станции не уведомили должным образом поездные бригады обоих поездов об одновременном приеме под скрещение. В результате бригада пассажирского поезда применила экстренное торможение только после визуального контакта с грузовым поездом. Это привело к проезду выходного сигнала с запрещающим показанием и лобовому столкновению с вагонами грузового поезда, принимаемого на боковой путь. Столкновение произошло на стрелке №1. В результате столкновения возник пожар, распространившийся на пассажирские вагоны.

В результате столкновения поездов погибли обе локомотивные бригады, проводник второго вагона пассажирского поезда и 36 пассажиров, 108 человек травмированы, разбито 4 секции тепловозов, 8 вагонов грузового поезда и 4 вагона пассажирского поезда, разрушен один стрелочный перевод и 23 метра пути. Допущен перерыв движения поездов на участке 15 часов 30 минут.

Рассматриваются несколько версий катастрофы:
1. Неадекватное поведение машиниста скорого поезда, не отвечавшего на вызовы по радиосвязи от дежурного по станции Подсосенка
2. Отказ тормозной системы грузового поезда.
3 Ошибка дежурного по станции, не предпринявшего мер для предотвращения крушения. Поводом для этого могло послужить четырехкратное безуспешное действие по вызову радиосвязи. Как следствие, полное непонимание происходящего на линии.

Согласно официальной версии, скорый пассажирский поезд № 4, отправившись со станции Великие Луки со значительным опозданием, к станции Земцы вошел в график, на перегоне Земцы-Подсосенка следовал ранее расписания на 3 минуты и принимался на главный путь разъезда по открытому на один желтый огонь входному светофору с остановкой для скрещения с прибывающим грузовым поездом. Следуя к станции, машинист пассажирского поезда на вызовы по радиосвязи не отвечал, скорость не уменьшал. Комиссией отмечено позднее применение автотормозов поезда перед выходным сигналом Ч1 с красным огнем, что привело к его проезду и столкновению на скорости около 50 км/час с локомотивом встречного грузового поезда №3455 на стрелке №1. Наиболее вероятная причина крушения - сон локомотивной бригады поезда № 4 на рабочем месте.