В 4:15 поезд №94 проехал станцию Приокская и пересёк границу Тульской и Московской областей. После прохода станции Ока в 4:20 на 104-м километре машинист Кузьменко снизил скорость поезда до 42 км/ч, так как состав приближался к началу предупреждения об ограничении скорости. После этого сильно уставшая бригада уснула. Следуя на выбеге по подъему к станции Серпухов, поезд начал постепенно замедляться, и на 100-м километре, в 4:26, скорость упала до нуля. Постояв так около полминуты, в 4:27, состав начал постепенно скатываться назад. Тем временем следом за №94 с разницей в 4 минуты следовал другой пассажирский поезд - №62 "Нальчик — Москва", ведомый электровозом ЧС2-724 под управлением машиниста Н.Д.Андросова. В 4:19, через шесть минут после проезда Приокской поездом №62 на локомотивном светофоре электровоза появился желтый огонь, поэтому машинист Андросов снизил скорость поезда до 30 км/ч. Но вскоре огонь на локомотивном светофоре сменился на красно-желтый, а затем, когда до светофора Ч2 станции Ока оставалось около 450 метров, - уже на красный, в связи с чем Андросов на скорости 38 км/ч применил экстренное торможение. Одновременно с этим в поезде №94, который, скатываясь на протяжении километра, уже разогнался до скорости около 32 км/ч, машинист Кузьменко проснулся и также применил экстренное торможение. Но из-за малого расстояния (около 200 метров) в 4:30, после тормозного пути около 100 метров у каждого, за 350 метров от сигнала Ч2 поезда №94 и №62 столкнулись с суммарной скоростью около 52 км/ч (№94 - 22-23 км/ч, №62 - 29-30 км/ч). От удара три последних вагона поезда №94 сошли с рельсов, причем хвостовой выбросило на первый путь, а предпоследний - на пассажирскую платформу Ока.

В результате крушения были разбиты два пассажирских вагона и электровоз, разрушена платформа Ока, из-за чего пришлось строить новую (остатки старой можно увидеть и поныне). Локомотивная бригада поезда №62 успела выскочить из электровоза и потому осталась жива, данные о погибших и раненых пассажирах не обнародовались. В результате рассмотрения дела о крушении машинист Кузьменко был приговорен к лишению свободы сроком 8 лет, а помощник машиниста Конов уволен с железнодорожного транспорта.

При этом в кабину к ним подсел машинист-инструктор, который в ходе проверки регламента переговоров не отметил никаких нарушений. В первой половине дня электропоезд сделал несколько поездок между Таллином и Клоогаранна, а в 15:01 прибыл на 9-й путь Балтийского вокзала. Была первая суббота октября, и в тот день на вокзале выдавали зарплату. Так как в 15:21 электропоезд должен был отправляться в Вазалемма, то машинист и помощник сбегали в кассу за деньгами. Когда они вернулись в электропоезд, до отправления оставалось 5 минут.
В это время к Балтийскому вокзалу приближался электропоезд ЭР1-122 сообщением Палдиски - Таллин, которым управляли машинист Анатолий Милютин (41 год) и помощник Станислав Сумишевский (39 лет). Время прибытия на 8-й путь вокзала по расписанию было 15:20, после чего с 9-го пути должен был отправиться поезд на Вазалемма. Однако поезд отставал от расписания, поэтому на станцию прибывали со скоростью 39 км/ч. Тем временем, на 9-м пути посадка пассажиров затягивалась, поэтому машинист начал шипеть вентилями питания автодверей. На этой же платформе стояли и разговаривали несколько машинистов, которые уже закончили работу. Они видели на выходном светофоре с 9-го пути красный сигнал, поэтому шипению дверей не придавали значения. Неожиданно в 15:23 они увидели, что двери закрылись и электропоезд отправляется от платформы под запрещающее показание светофора. Они стали показывать находящемуся в служебном тамбуре Аади Мяэ сигналы остановки, но тот не придал им значения.
8-й и 9-й пути разделялись за полторы-две сотни метров от вокзала и на всем протяжении затем между ними шел высокий забор. Вкупе с изгибами путей это привело к тому, что локомотивная бригада отправляющегося электропоезда не подозревала об опасности. Электропоезд уже проехал всю платформу, и Аади зашел в кабину, когда бригады электропоездов наконец увидели друг друга. Применение экстренного торможения из-за высоких скоростей и малого расстояния оказалось запоздалым. В результате лобового столкновения головной вагон поезда ЭР1 из Палдиски взлетел на крышу поезда ЭР2 на Вазалемма, а затем рухнул с высоты на путь. Его кабина была сразу уничтожена, а бригада погибла на месте. Бригада поезда на Вазалемма оказалась изранена осколками лобового стекла и зажата искореженным металлом.

В результате катастрофы было разбито несколько вагонов, пострадали 55 человек, из них 9 погибли.