Samolot wykonujący lot KAL 007 wkrótce opuścił przestrzeń powietrzną Związku Radzieckiego nad Morzem Ochockim, a myśliwce powróciły do swojej bazy. Przecinając trawers radiolatarni Nippi – w cztery godziny po starcie z Anchorage – załoga koreańskiego Boeinga znajdowała się już w odległości trzystu kilometrów od wyznaczonej trasy, lecąc prosto na Sachalin.
thumb|Su-15 w locie bojowym z pociskami R-98 O godzinie 2:42 czasu lokalnego dwa myśliwce – tym razem Su-15 – zostały wysłane w stronę Boeinga. Po 31 minutach samolot wszedł w przestrzeń powietrzną Związku Radzieckiego, a wkrótce po tym Su-15 przechwyciły go. Major , pilot jednego z Su-15 o numerze taktycznym 805, najpierw oddał serię ostrzegawczą ze strzeleckiej broni pokładowej przed kokpitem Boeinga. Ponieważ myśliwca nie wyposażono w amunicję smugową, piloci rejsu nr 007 mogli nie zauważyć strzałów ostrzegawczych. Następnie pilot myśliwca – po otrzymaniu rozkazów z ziemi, o godzinie 3:22 odpalił w kierunku samolotu pasażerskiego rakiety powietrze-powietrze. Z dwóch wystrzelonych rakiet R-98 (będących późną wersją rakiety R-8M2 Kaliningrad, nazywanej w kodzie NATO Advanced Anab) w cel o godzinie 3:26 trafiła jedna. Była to rakieta naprowadzana radarem.