Trước đó, khoảng 10h cùng ngày, ông Phan Đình Kiều (SN 1969, trú tại xã Đăk Blà, TP Kon Tum, tỉnh Kon Tum) điều khiển xe ô tô BKS: 36A-485.67 lưu thông trên cao tốc Cam lộ - La Sơn, hướng Đà Nẵng - Quảng Trị. Trên xe chở gia đình anh Phan Đình Q. (SN 1978), chị Lê Thị H. (SN 1983) là vợ a Q., cùng 2 cháu Phan Lê Khánh V. (SN 2009) và Phan Đình Q. (SN 2015), cùng trú phố Tân Cộng, phường Đông Tân, TP Thanh Hoá, tỉnh Thanh Hóa.

Khi đến Km 48+200m cao tốc Cam Lộ - La Sơn, đoạn qua huyện Phong Điền (Thừa Thiên Huế), xe ô tô con vượt lên từ phía bên phải, va chạm với xe đầu kéo mang BKS: 63C-136.59 kéo theo rơ moóc BKS: 63R-00227 do anh Huỳnh Văn Dũng (SN 1974, trú xã Long An, Châu Thành, Tiền Giang) đang đi cùng chiều phía trước, cùng làn đường. 

Sau khi va chạm với xe đầu kéo, ô tô con BKS: 36A-485.67 lao sang phần đường ngược chiều và tiếp tục đâm vào xe tải mang BKS: 63H-005.68 do anh Lâm Văn Tâm (SN 1982, trú phường Vĩnh Mỹ, Châu Đốc, An Giang) cầm lái, chở trên xe anh Nguyễn Minh Khải (SN 1980, trú tại Mỹ Tho, Tiền Giang) đang di chuyển theo hướng Quảng Trị - Đà Nẵng.

Sau đó, xe ô tô BKS: 36A-485.67 tiếp tục lao xuống vực bên phải phần đường một chiều hướng Quảng Trị - Đà Nẵng. Cùng lúc, xe ô tô tải BKS: 63H-005.68 bị xe đầu kéo BKS: 51D-150.90 kéo theo rơ moóc BKS: 51R-349.20 do anh Nguyễn Tấn Đạt (SN 1980, trú phường Phổ Minh, Đức Phổ, Quảng Ngãi) đang đi cùng chiều va chạm vào phía sau.

Vụ tai nạn khiến cháu Phan Đình Q. tử vong tại chỗ, cháu Phan Lê Khánh V. tử vong trên đường đưa đi cấp cứu, chị Lê Thị H. cũng không qua khỏi vào chiều cùng ngày tại bệnh viện Trung ương Huế, 2 người bị thương nhẹ.

Nguyên nhân ban đầu xác định, do xe ô tô con BKS: 36A-485.67 vượt không đúng quy định nên gây ra tai nạn.