12 августа 1937 года состоялись торжественные проводы на Чкаловском аэродроме Москвы. По воспоминаниям современников, Леваневский внешне выглядел совершенно спокойным, а вот в настроении членов экипажа чувствовалась какая-то подавленность.
В 18 часов 15 минут тяжело груженный самолет с трудом оторвался от бетонной полосы и вскоре исчез в вечернем московском небе. В эту минуту вряд ли кто-нибудь из провожавших подумал, что его больше не увидит ни один человек на Земле.
Непоправимой ошибкой был старт самолета именно в те дни, когда над просторами Арктики бушевал мощный циклон. Следствием этого была многокилометровая облачность и сильнейший встречный ветер, который мог уменьшить почти вдвое среднюю скорость самолета, составлявшую двести с небольшим километров в час. И все же, несмотря на крайне сложные условия, через 19 часов 25 минут полета (в 13 часов 40 минут 13 августа) самолет «СССР Н-209» достиг Северного полюса планеты, о чем штаб перелета был извещен радиограммой № 18. А следующая радиограмма – № 19, полученная в 14 часов 32 минуты, – несла крайне тревожную весть: «Отказал крайний правый мотор из-за неисправности маслосистемы. Идем на трех моторах в сплошной облачности. Высота 4600 метров. Очень тяжело». Едва ли кто в тот момент мог предположить, что эта радиограмма окажется последней ясно и четко принятой информацией с борта самолета. Все последующие сообщения радиостанции Леваневского были отрывочны и невнятны. В 15 часов 58 минут в Якутске приняли: «Все в порядке. Слышимость очень плохая». В 17 часов 53 минуты на мысе Шмидта: «Как меня слышите? Ждите…»
Все радиостанции Советского Союза, а также американского и канадского корпусов связи, многочисленные станции радиолюбителей вели непрерывное прослушивание эфира на волнах радиостанции «СССР Н-209». Но эфир молчал. Связь с экипажем прервалась.
Первыми уже 14 августа на поиски вылетели три американских самолета. Стартовав с Аляски, они направились в северном, северо-восточном и северо-западном направлениях. Безрезультатно. Когда исландские рыбаки нашли у берегов Гренландии доски с надписью «Август – 1937», к поискам подключился известный американский полярный исследователь и летчик Губерт Уилкинс. С Аляски же совершили несколько вылетов два советских пилота – Алексей Грацианский и Василий Задков. Никаких следов «СССР Н-209» обнаружено не было.
Между тем выяснилось, что несколько радиостанций в СССР и в городе Анкоридже (Аляска) сумели поймать новые фрагменты передач радиостанции Леваневского. Так, 14 августа в 17 часов 44 минуты московского времени радиостанция в Анкоридже перехватила: «Не имеем ориентировки. Затруднения с передатчиком». 16 августа радиостанции в Иркутске и Архангельске прослушивали неразборчивые обрывки работы радиопередатчика на аварийной частоте РЛ.
Однако лишь месяц спустя – 14 сентября – поисковая экспедиция