6 сентября 1976 года в 6:45 Беленко вылетел с аэродрома Соколовка (возле села Соколовка, рядом с райцентром Чугуевка) для выполнения полётного упражнения.

В 9:15 японское радио передало, что самолёт МиГ-25П (бортовой номер «31»), пилотируемый советским лётчиком Беленко, совершил посадку в аэропорту Хакодате (остров Хоккайдо). Впоследствии японскими властями было сделано официальное уведомление, что Беленко попросил политического убежища.

9 сентября он был вывезен в США. Самолёт был разобран, подвергнут детальному изучению японскими и американскими специалистами и возвращён в СССР 15 ноября 1976 года (Беленко протестовал против возвращения самолёта, советуя американцам оставить его для изучения ещё на пару лет). Был снова собран, но к полётам не допущен и использовался в качестве учебного пособия в Даугавпилсском высшем военном авиационном инженерном училище ПВО им. Яна Фабрициуса.