Samolot miał lecieć na pułapie 8850 m (29 000 stóp). Z niewyjaśnionej przyczyny po osiągnięciu 4900 m zaczął tracić wysokość, w efekcie czego po 10 minutach od startu, lecąc z prędkością 800 km/godz. i z niemal pełnym zapasem (11 t) paliwa w zbiornikach, rozbił się we wsi Gabare pod Białą Slatiną w obwodzie Wraca, 130 km na północny wschód od Sofii. Nikt spośród obecnych na pokładzie nie przeżył. Samolot uderzył nosem o skalisty grunt, co doprowadziło do wybuchu paliwa.
Wojsko otoczyło miejsce wypadku kordonem. Przyczyny wypadku nie zostały dokładnie zbadane i budzą one nadal wątpliwości. Część akt sprawy została ujawniona, lecz według niektórych informacji, ok. 250 stron utajniono w 1990 roku do 2040 roku. Przeprowadzono powierzchowne śledztwo, prawdopodobnie przez bułgarską Służbę Bezpieczeństwa. Bułgarskie władze jako oficjalną przyczynę wypadku podały „uszkodzenie instalacji elektrycznej”. Jedna z ekspertyz wskazywała na wybuch naboju pirotechnicznego butli gaśniczej, który mógł być spowodowany impulsem elektrycznym uszkodzonej instalacji. Według zeznań pilota innego samolotu Jak-40, przed wypadkiem utracono łączność z samolotem Tu-134. Zdaniem publicystów, brak jest jednak rozstrzygających dowodów na to, że awaria instalacji elektrycznej była pierwotną przyczyną katastrofy, a nie nastąpiła po upadku.