9月12日下午，得知毛澤東已經順利返京，驚慌失措的林立果一邊讓周宇馳、王飛等人緊急部署南逃廣州的方案，另一邊調來三叉戟飛到北戴河和葉群商量。19:40分，專機駕駛員潘景寅駕駛專機從北京西郊機場起飛，20:15分降落北戴河機場。林立果下飛機後沒有人接，原來這兩天葉群心神不寧，忘了安排接機，林立果臨時”借用”了機場的吉普車才回來。

12號下午17點，葉群在北戴河為林立衡和張青霖舉行訂婚儀式，林彪很高興。當晚，葉群安排秘書和工作人員看香港電影《甜甜蜜蜜》。晚上21點左右，林立果到了，給林立衡帶了一束花，然後就開始和葉群密談。密談的內容外人不得而知，但當時葉群肯定已經知道“五七一”三個方案的“上策”暗殺計劃已經失敗，現在正在進行第二個方案，也就是13號一早南逃廣州。所以林立衡委託內勤張恆昌偷聽葉群和林彪談話時，小張聽到葉群說：”去廣州不行，去香港也行呀。” 林立衡稍後碰到林立果的時候問他，他也說馬上去廣州。（採訪林豆豆筆記，1999年10月11日，轉自舒雲《林彪事件完整調查》）

林立衡得知葉群、林立果等人正在試圖說服林彪南逃廣州，甚至可能出逃到香港，心急如焚，當即叫來林彪警衛秘書李文普、警衛科長劉吉純等商量。按照商量的結果，劉吉純陪同林立衡到北戴河8341部隊大隊部向姜作壽報告。在大隊部外的小樹林裡，林立衡向姜作壽單獨匯報了葉群、林立果當晚要欺騙林彪逃跑，還要“派飛機轟炸中南海、暗害毛主席”的陰謀。姜作壽聽了大吃一驚，但也不敢完全相信，立即打電話向張耀祠匯報，汪東興、周恩來也隨即知道了。

經張耀祠同意，姜作壽派人叫來了住在八大隊的中央警衛團副團長張宏，並安排林立衡在小樹林和張宏把之前匯報的內容又說了一遍。林立衡要求8341部隊保證攔住林彪座駕，確保不讓林彪上飛機，張宏滿口答應，並再次向張耀祠匯報，張耀祠當時已經在汪東興辦公室。放下電話，張宏按照張耀祠指示準備去向林彪直接匯報，但被姜作壽攔下，認為應該再摸一下情況，並開會讓六中隊高度戒備。（《姜作壽回憶在林彪身邊的五年》，姜作壽口述，舒雲整理）

22:40分，林立果來8341大隊部找林立衡，姜作壽回覆說她不在。林立衡當時確實已經不在大隊部了。姜作壽本來安排林立衡躲在大隊部，但林立衡不放心，還是回到林彪等人居住的96號樓觀察動靜，順便把情況告訴了未婚夫張青霖。（林立衡《九一三後寫給中央的材料》）

送走林立果，姜作壽在林彪住所附近巡查，碰到林辦秘書宋德金。宋告訴他，李文普說林彪明天一早6點鐘要去大連。23:15分，姜作壽再次來巡查的時候，宋德金又告訴他，看到葉群、林立果等人都在收拾東西往汽車上裝，是否當晚就要走。姜作壽感覺越來越不對，馬上回到大隊部向張耀祠電話匯報，張耀祠指示部隊跟着上飛機。張宏、姜作壽馬上召集六中隊開會，指示：1. 六中隊緊急集合，行動要輕，防止暴露；2. 副大隊長於仁堂帶八名幹部戰士，全副武裝，立即趕往山海關機場控制飛機。（《姜作壽回憶在林彪身邊的五年》，姜作壽口述，舒雲整理）

23點22分，葉群和周恩來通了個電話。根據汪東興回憶，通話內容是這樣的：晚上11點半鐘，周總理親自打電話給葉群。周總理問葉群說：”林副主席好不好呀﹖”葉群說：”林副主席很好。”　周總理問葉群知道不知道北戴河有專機。葉群說她不知道。葉群稍微頓了一下後，又改口對周總理說：”有，有一架專機，是我兒子坐着來的。是他父親說，如果明天天氣好的話，他要上天轉一轉。”　周總理在電話里又問葉群：”是不是要去別的地方？”　葉群回答周總理說：”原來想去大連，這裡的天氣有些冷了。”　周總理說：”晚上飛行不安全。”　葉群說：”我們晚上不飛，等明天早上或上午天氣好了，再飛。”　周總理又說：”別飛了，不安全。一定要把氣象情況掌握好。”　接着，周總理還說：”需要的話，我去北戴河看一看林彪同志。” 周總理提出要去北戴河，這一下子葉群警覺了，她慌了。周總理要是一來，林彪南逃廣州、另立中央政府的陰謀也就搞不成了。葉群勸周總理不要到北戴河來，對周總理說：”你到北戴河來，林彪就緊張，林彪會更不安。總之，總理不要來。”這些情況、對話，是周總理後來告訴我的。（資料來源：汪東興，1997年，當代中國出版社，《汪東興回憶》，第205-206頁）

葉群本就對”五七一”計劃失敗惶惶不安，心中有鬼。這個電話成了壓倒駱駝的最後一根稻草，心理防線崩潰的葉群、林立果決定馬上走。接到通知的林立衡措手不及，一邊讓李文普保證林彪不上車，另一邊急忙跑到8341部隊大隊部再次向張宏報告。林立衡找到張宏，張宏的態度卻與剛才發生了變化，口中答應着去攔截，但是卻什麼也不做。情勢已經是十萬火急，林立衡和未婚夫張青霖只能一再請求張宏下命令攔截，張宏又打電話請示，放下電話，張宏對林立衡說：”中央指示你們跟着上飛機，跟着走。” 林立衡當即表示堅決不跟着走，和張青霖一起和張宏吵了起來。把張宏逼急了，對林立衡說：”你們不要在這裡指手畫腳，我們要聽中央的！”（舒雲《林彪事件完整調查》第22章 ）

23點40分，在林彪別墅值勤的警衛戰士用電話向大隊部報告，林彪一行上了紅旗車，往山海關機場去了。車上除了林彪、葉群、林立果，還有司機楊振剛、劉沛豐和李文普。10分鐘不到，紅旗車就來到8341大隊部。這時馬路兩邊密密麻麻的全是8341部隊的戰士，但是沒有命令，誰也不敢攔截。姜作壽站在大隊部門口大喊”停車！”，但是紅旗車沒有減速，幾乎撞到姜作壽，繼續高速前進。

過了大隊部100多米後，紅旗車突然急剎車，坐在司機右方的李文普打開車門下了車。他和車內的人仿佛說了什麼話，突然響起兩聲槍響，李文普隨後倒在地上，接着又是”呯、呯”兩聲槍響。事後查明後兩槍是8341部隊中隊長肖奇明開的，他本意是想打傷司機攔住紅旗車，但當時紅旗車加速啟動，他那兩槍打在右後方車窗上。紅旗車防彈性能很好，手槍威力又不大，沒有傷到車內的人。

紅旗車一路狂奔，高速超過了8341部隊派往控制機場的吉普車。吉普車由副大隊長於仁堂帶隊，有八名戰士。吉普車認出了林彪坐車，加速跟上，最終和紅旗車一前一後到達山海關機場。進入機場後紅旗車繼續一路狂奔，在三叉戟飛機前停下，於仁堂帶隊的吉普車不敢逼近，在遠處停下，這時是13日凌晨0:22分。當時有兩輛加油車正在加油，飛行員潘景寅也到了。林彪一行等不到舷梯，從臨時軟梯爬上飛機。林彪爬的很吃力，司機楊振剛在下面托着才勉強爬進機艙。林立果拿着手槍，指揮油車開走，最後一個上了飛機。

一行人全部上了飛機，三叉戟啟動發出巨大的轟鳴聲。在塔台下的山海關機場參謀長佟玉春見事態緊急，拔出手槍朝天開了三槍，示意進行緊急燈火管制，山海關機場頓時陷入一片漆黑。三叉戟飛機打開探照燈確認跑道位置後又熄滅探照燈，在滑行的時候和油車頂部碰撞，撞壞了右機翼尖上的指示燈。飛機在一片黑暗中最終強行起飛了，時間是13日凌晨0:32分。飛機上的乘客一共九人，除了林彪、葉群、林立果之外，還有劉沛豐、駕駛員潘景寅、機械師李平、邰起良、張延奎和司機楊振剛。

飛機起飛後，跑道上急急忙忙趕來5名驚慌失措的機組成員，原來他們沒有趕上飛機，包括兩名副駕駛、領航員、通信員和空中服務員。三叉戟起飛後，以類似倒問號的航線飛行，即先飛向西南，幾分鐘後轉到接近正北，然後又修正為西北向一直飛行。凌晨1:55分，三叉戟在內蒙古錫林郭勒盟蘇尼特左旗貝勒廟上空盤旋了一圈，然後在中蒙邊界414號界碑處飛入蒙古境內。2:27分，三叉戟墜毀於蒙古溫都爾汗東北約30公里處的蘇布拉嘎盆地，墜機現場燃起大火，機上九人全部身亡。

整個事件中北京方面又是如何反應的呢？9月12日晚上21點多，周恩來就收到了8341部隊通過汪東興匯報的林立衡關於葉群、林立果挾持林彪出逃的報告。聽到林立果還要“轟炸中南海、暗害毛主席”，周恩來不敢大意，通過8341部隊一查，發現山海關機場果然有一架三叉戟飛機。因為此事涉及到黨內二號人物林彪，他馬上親自趕到中南海游泳池向毛澤東匯報。根據毛澤東的指示，中南海和釣魚臺馬上進入一級戰備，而毛本人則先撤到人民大會堂地下室以策萬全。回到人民大會堂後，周立刻將黃永勝等人”集體辦公”，不許和外界接觸，以防作為林彪等人的“內應”。隨後，周恩來打電話給吳法憲，問山海關機場有沒有飛機，吳回答說沒有。周追問：究竟有沒有？吳說：絕對沒有。周堅持說：還是要查一查。周在明知山海關有飛機的情況下還向吳法憲查問，已經頗有考驗吳的意味了。不明就裡的吳法憲向空軍副參謀長胡萍查詢，發現果然有飛機。吳馬上指示胡萍命令專機飛回來，但胡萍謊稱飛機油泵出故障，無法返回。吳把掌握的情況向周做了匯報，然後周恩來又給李作鵬打電話，問他山海關機場有沒有飛機。李作鵬向山海關機場指揮室查問後，向周匯報說有飛機，周隨即指示：只有得到周恩來、黃永勝、吳法憲和李作鵬四人的指示，飛機才能起飛。最後，周恩來和葉群直接通了個電話，從葉群躲躲閃閃的態度中確認北戴河的確有情況。

葉群、林立果等人本來就心中有鬼，深夜接到周恩來電話更是杯弓蛇影，當即決定馬上走。臨近半夜，8341部隊向周恩來報告，說林彪坐車出走，還打傷了警衛秘書。周恩來通知吳法憲，吳親自打電話給潘景寅讓他保證絕對不能起飛，潘滿口答應。但0:32分，山海關機場打電話匯報，專機強行起飛了。飛機起飛後，地面人員都不知所措，塔台指揮人員反覆呼叫，但三叉戟沒有任何回答。吳法憲請示是否派飛機攔截，毛答覆說：”天要下雨，娘要嫁人，隨他去吧。”當時周恩來和汪東興都和毛澤東在一起。三叉戟飛機最終飛出國境，逃往蒙古。

當晚三叉戟起飛後，周宇馳、於新野挾持一架直升機從北京沙河機場起飛，方向也是蒙古。總政治部主任李德生命令八架殲擊機從張家口機場起飛攔截，但由於天色昏暗，未發現直升機。直升機飛到張家口，飛行員陳士印和陳修文發覺航線不對，趁周宇馳不備偷偷飛回北京郊區，最後迫降在懷柔北部山區。周宇馳發現直升機返回北京氣急敗壞，將陳修文開槍打死，混亂中於新野開槍打傷了周宇馳手腕。周宇馳、於新野、李偉信三人見走投無路，約定開槍自殺。周宇馳、於新野自殺身亡，李偉信佯裝向天開槍，然後跑到附近大隊自首，被抓。