1968年12月4日,在青海基地整整呆了两个多月的郭永怀,在试验中发现了一个重要线索。他要急着赶回北京,就争分夺秒地要人抓紧联系飞机。他匆匆地从青海基地赶到兰州,在兰州换乘飞机的间隙里,他还认真地听取了课题组人员的情况汇报。当夜幕降临的时候,郭永怀拖疲惫的身体登上了赶赴北京的飞机。
5日凌晨,飞机在首都机场徐徐降落。在离地面400多米的时候,飞机突然失去了平衡,坠毁在1公里以外的玉米地里。当人们辨认出郭永怀的遗体时,他往常一直穿在身上的那件夹克服已烧焦了大半,和警卫员牟方东紧紧地拥抱在一起。当人们费力地将他俩分开时,才发现郭永怀的那只装有绝密资料的公文包安然无损地夹在他们胸前。