Khoảng 21h25, sau cú đâm vào đuôi xe tải gần nút giao quốc lộ 37 ở xã Gia Khánh, huyện Gia Lộc, xe bồn lật nghiêng, tạo tiếng nổ cực lớn. Đầu xe tách khỏi bồn chứa. Xăng tràn ra mặt đường, bốc cháy ngùn ngụt.
Nhân chứng Nguyên Ngọc Tú chạy xe ở đường gom bên cạnh cho biết lửa bùng rất mạnh, choán hết làn đường từ Hải Phòng về Hà Nội, lan sang hàng cây bên cạnh. "Tôi không thấy người trên xe bồn kịp thoát ra ngoài", anh Tú nói và cho biết đứng cách khoảng 50 m vẫn cảm nhận sức nóng.
21h40, xe cứu hỏa đến hiện trường, sau khoảng 45 phút dập tắt đám cháy. Bên cạnh dải hộ lan bảo vệ cao tốc, cảnh sát phát hiện thi thể cháy đen, nghi là tài xế xe tải Vũ Văn Thêm, 45 tuổi, trú tỉnh Điện Biên.
Tài xế xe bồn Đào Phú Thắng, 41 tuổi, trú tỉnh Lào Cai, được đưa tới Bệnh viện Đa khoa tỉnh Hải Dương, sau đó chuyển lên Bệnh viện Việt Đức ở Hà Nội. Qua thăm khám ban đầu, ông Thắng bị chấn thương sọ não, gãy xương sườn phải.
Tại hiện trường, xe tải loại nhỏ quay ngược với hướng di chuyển, trục bánh sau gãy rời. Cơ quan chức năng xác định xe này không chở hàng, đang dừng đỗ trên đường do gặp sự cố, có cảnh báo bằng cành cây.
Xe bồn chở xăng lật nghiêng, cháy rụi, nằm chắn hết làn đường hướng về Hà Nội. Dải hộ lan và biển báo tại nơi xảy ra tai nạn hư hỏng. Cao tốc Hà Nội - Hải Phòng bị ùn tắc hai chiều hơn một tiếng.
Dài 105 km, cao tốc Hà Nội - Hải Phòng đi qua Hà Nội, Hưng Yên, Hải Dương và Hải Phòng. Mặt đường rộng từ 32,5 đến 35 m với 6 làn xe chạy, 2 làn dừng khẩn cấp. Phương tiện được chạy tối đa 120 km/h, tối thiểu 60 km/h.