27 марта 1968 года, в день гибели Гагарина, Леонов находился на аэродроме Киржач Владимирской области, откуда первый в мире космонавт вылетел на самолете МиГ-15УТИ.

Через некоторое время с аэродрома услышали взрыв. «Мы стояли возле КДП [командно-диспетчерского пункта] и услышали двойной взрыв и сверхзвук. Интервал между взрывом и сверхзвуком был полторы-две секунды», — рассказал космонавт. Леонов и присутствующие при этом другие летчики сразу решили, что источник сверхзвука — один объект, а взрыв — другой.

В официальном заключении причиной крушения МиГа-15 назвали сближение и резкое уклонение от другого самолета, однако истинным виновником Леонов считает тот неизвестный самолет. «Однозначной причиной гибели стал летчик, который опустился ниже 400 метров под облака, включил форсаж и прошел рядом, не видя Гагарина. Это был самолет Су-15, он прошел на расстоянии 10-15 метров на скорости звука, возмущенным потоком перевернул самолет Гагарина», — заявил космонавт.

Леонов также упоминал письмо, написанное участниками расследования. В нем просилось не афишировать обстоятельства трагедии, чтобы не подвергать репрессиям летчика Су-15, подчиненного Андрея Туполева.

Официальные выводы комиссии, расследовавшей это происшествия, были таковы: экипаж (Гагарин и летчик-инструктор Владимир Серегин) из-за изменившейся воздушной обстановки (подробности не уточнялись) совершил резкий маневр и сорвался в штопор. Несмотря на попытки летчиков вывести машину в горизонтальный полет, самолет столкнулся с землей, экипаж погиб. Отсутствие внятной опубликованной официальной версии и объективных доказательств породило множество предположений и неофициальных версий гибели летчиков.