Через 12 минут после взлёта во время набора высоты у самолёта разрушился киль. Эта поломка повлекла за собой ряд других технических неполадок. Упало давление в салоне. Отказали гидравлические системы самолёта. Воздушное судно стало трудноуправляемым и начало терять высоту. На высоте 4100 метров командир экипажа доложил, что самолёт неуправляем. Экипаж Боинга до последнего момента пытался контролировать полёт, изменяя тягу двигателей. КВС решил выпустить шасси для замедления и стабилизации, но самолёт ушёл в страшное пикирование. В 18:56 рейс JAL 123 исчез с экранов радаров на высоте 2100 метров. Самолет задел верхушки деревьев и упал на вершину близ Фудзиямы. Многие выжившие погибли на земле, не дождавшись помощи. Сначала спасательный вертолет не смог приземлиться на полыхающем склоне горы, через некоторое время к месту крушения отправляется спасательная команда, но они, не ожидая застать кого-то в живых, проводят ночь в деревне неподалеку и прибывают на место лишь спустя 14 часов. Выжили 4 человека.

Японская комиссия по расследованию катастрофы установила, что инженеры фирмы «Боинг» провели ремонт самолёта с нарушением инструкций, в результате, переборка оказалась подвержена развитию усталостных дефектов. В последующих полётах она испытывала циклические нагрузки, приводившие к появлению трещин в металле.
При наборе высоты в роковом полёте, ослабленная переборка не выдержала давления и разрушилась. При этом она перебила трубопроводы гидравлических систем. Вырвавшийся из салона воздух поступил в полость киля, не рассчитанную на такую нагрузку. Это привело к отрыву большей части киля и повреждению горизонтального оперения.