«Осоавиахим-1» упал в 470 километрах от места старта, у самой околицы мордовской деревни Потиж-Острог, Инсарского района. Гондола стратостата смялась от страшного удара о землю. Оторвавшуюся еще в воздухе оболочку отнесло на несколько километров в сторону. Все приборы, находившиеся в гондоле, разбились. На месте катастрофы обнаружили погнутые карманные часы — стрелки остановились на 16.23. Местное население, проявив инициативу, сломало люк гондолы, вытащило наружу останки людей, разбитые приборы. Улетевшую оболочку стратостата растащили по частям окрестные крестьяне.
1 февраля 1934 года комиссия по расследованию причин катастрофы стратостата докладывала в Москву:
«…трупы совершенно исковерканы. Больше всего изуродован Федосеенко, череп которого собрать не удалось. Подробный анализ трупов приводит к заключению, что команда погибла не от удушья или от других причин, а от сильного удара гондолы о землю. Отсутствие на участниках команды парашютов, закрытый люк и ряд других фактов указывают, что несчастье произошло для команды внезапно и застигло ее врасплох. Катастрофа произошла так молниеносно и неожиданно, что команда не успела сделать самого элементарного, т.е. открыть люк.
Трупы приведены в порядок, собраны по частям, уложены в гробы и доставлены на станцию Кодоскино, где и погружены в вагон…»
В записке И.В. Сталину нарком по военным и морским делам К.Е. Ворошилов отмечает, что причиной гибели стратостата стало стремление экипажа «поставить мировой сверхрекорд, не считаясь с техническими возможностями стратостата и условиями полета».
Основной вывод комиссии: полет обеспечен до высоты 19500 м. Подъем на высоту 20500 м при всей напряженности не создавал угрозы аварии; подъем до 22000 м неизбежно вел к фатальному исходу.
В блокноте Васенко есть запись, по времени относящаяся к 15.00, следующего содержания: «Федосеенко распутывает клапанную веревку, запутавшуюся в метереографе». Комиссия предположила: Федосеенко не удалось распутать веревку, и он не заметил, что она осталась в натянутом положении. Вследствие этого клапан оболочки продолжал оставаться открытым, газ выходил, и по мере увеличения его выхода оболочка утрачивала подъемную силу и вся система стремительно пошла вниз. При быстром падении стратостата материя оболочки затормаживала спуск и создавала увеличенную нагрузку на стропы; когда она дошла до предела, стропы, не выдержав, лопнули.
В 1935 году в книге «Полеты в стратосферу» профессор-метеоролог, директор Аэрологического института Главной геофизической обсерватории П.А. Молчанов еще раз возвращается к причинам катастрофы «Осоавиахима-1». По его мнению, стратостат развил при спуске столь большую скорость по той причине, что стратонавты долго держались на достигнутой ими высоте, где «нагревающее действие солнечных лучей оказывается очень большим… оболочка шара и заключенный в ней водород перегрелся до 8 градусов выше нуля, и газ расширился и частично вышел из оболочки».