以下时间均为东京/首尔时间，减1小时为北京/香港时间，减9小时为UTC时间。
8月31日
13:05 KAL007从纽约的肯尼迪机场起飞。
20:30 班机抵达安克拉治中停加油。
21:20 班机预定的出发时间，照表应可在汉城金浦机场开场（当地06:00）前到达。
21:50 班机晚了30分钟才出发准备起飞。
22:00 班机离陆。
22:02 班机爬升后往方位角245度飞行，即Bethel中途导航点的方向。（方位角90、180、270、360(=0)分别为东、南、西、北）
22:27 班机偏离预定航道J501以北11公里，航管并无发出警告。
22:49 班机偏离预定航道以北22公里，进入阿拉斯加美国空军“撒蒙王”雷达站的监控范围。但因雷达站没有管制权，因此并无发出警告。
9月1日
00:51 苏联的防空雷达确认飞机在堪察加半岛东北飞行，当时判定为美军军机。
01:30 KAL007侵入苏联领空，苏联空军战机升空试图拦截。
02:28 KAL007通过堪察加半岛，从苏联雷达消失。
02:36 KAL007接近库页岛，苏联空军进入警戒状态。
03:05 KAL007与后面晚2分钟起飞的KAL015班机通话。
03:08 苏联防空军的苏-15战斗机找到KAL007，但因为天色昏暗，无法认出机型。
03:20 东京飞航情报区的区管中心准许了KAL007的高度变更请求，因节省燃料所以拉高飞行高度。
03:21 苏联空军的战斗机实施威吓射击，因没有装备曳光弹，所以只发射了彻甲弹。
03:23 KAL007拉高飞行高度到达35,000英尺，速度变慢，苏联战斗机追上该机。
03:23 攻击命令下达。
03:25 发射红外线导引及雷达导引式导弹（推测为R-98R和R-98T）各一枚，30秒后红外线导引导弹命中KAL007的尾翼，造成液压及电力系统受损（据ICAO调查报告推测），机身上升一下后开始下降。
03:26 KAL007向东京区管中心报告急速失压，请求降低高度到10,000英尺。
03:27 飞航资料记录器（黑匣子）的记录到此为止，KAL007继续往下坠。
03:38 苏联以及北海道稚内的雷达内的KAL007消失，日本的渔船“第五十八千鸟丸”在海马岛北18.5里听到飞机爆音。
