L'enquête fut menée par les autorités indiennes. Les boîtes noires des deux avions furent retrouvées et analysées en Grande Bretagne. Il apparut rapidement que l'accident était dû à une erreur humaine du pilote de l'Iliouchine qui n'avait pas respecté l'altitude de 15 000 pieds (4 572 m) qui lui avait été assignée. Au lieu de cela il était descendu d'abord à 14 500 pieds puis à environ 14 000 un peu plus tard. Il apparut également que le pilote ne parlait pas anglais et relayait les communications à son opérateur radio. Les autorités kazakhs déclarèrent que l'avion avait traversé une zone de turbulences due à des cumulus. La présence de ces turbulences fut démentie par le syndicat de contrôleurs aériens indien qui s'appuya sur les rapports météorologiques tout en confirmant que la collision avait eu lieu dans un nuage.
Le rapport final conclut à l'erreur du pilote kazakh.
L'enquête démontra qu'à 18 h 40 et environ 14 000 ft d'altitude, l'empennage de l'Iliouchine percuta l'aile gauche du Boeing. Celui-ci perdit alors le stabilisateur horizontal de cette aile gauche. Le Boeing partit alors vrille, provoquant des déchirures dans la structure de l'appareil et percuta un champ à plus de 1000 km/heure. Les 312 personnes à bord furent tuées sur le coup. L'Iliouchine partit également en vrille mais son fuselage resta intact jusqu'à l'écrasement sur le sol. Les équipes de secours découvrirent 4 passagers vivants mais très gravement blessés qui moururent peu après. Les 37 personnes présentes à bord trouvèrent donc la mort.
Des conditions favorisèrent également cet accident. Le contrôle aérien de l'aéroport qui guidait les avions en approche n'étaient pas équipés de radars lui indiquant l'altitude des avions (un tel radar était en prévision d'installation), le contrôleur devait donc se fier uniquement aux indications des pilotes. Aucun des deux avions n'étaient équipés de système d'évitement de collision. Un seul couloir aérien était alors dédiée pour les avions civils partant ou arrivant à l'aéroport, les 3 autres aux vols militaires.