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Le vol 587 devait quitter John F Kennedy à 8h00 pour un vol à destination de Saint-Domingue, en République dominicaine. Le processus d'embarquement à la porte 22 a pris un peu plus de temps que prévu en raison de procédures de sécurité supplémentaires qui ont retardé l'embarquement. La porte d'embarquement a été fermée à 8h38 et le refoulement a été effectué à 9h00. L'équipage a roulé jusqu'à la piste 31L derrière le vol 047 de Japan Airlines, un Boeing 747-400 à destination de Tokyo, Narita. Le vol 047 de Japan Airlines a été autorisé à décoller à 9h11, alors que le 747 montait, la tour a contacté les pilotes du vol 587 et les a avertis d'une éventuelle turbulence de sillage du 747.
A 9:13:28, le vol 587 a été autorisé à décoller de la piste 31L. L'avion a quitté la piste à 9:14:29, environ 1 minute et 40 secondes après le vol JAL. Après le décollage, l'avion est monté à une altitude de 500 pieds au-dessus du niveau moyen de la mer (msl), puis a entamé un virage en montée à gauche au cap 220. À 9h15, le pilote a établi un premier contact avec le contrôleur des départs, l'informant que l'avion se trouvait à 1 300 ft et montait à 5 000 ft. Le contrôleur des départs a donné l'instruction à l'avion de maintenir 13 000 ft.
A 9h15:36, lorsque l'avion a rencontré des turbulences de sillage du vol JAL juste devant lui. Le copilote a tenté de stabiliser l'avion en actionnant le gouvernail de direction de gauche à droite de manière agressive et alternée. Cela a continué pendant au moins 20 secondes, jusqu'à 9:15:56, lorsque la contrainte exercée par les mouvements répétés du copilote sur la gouverne de direction a provoqué la rupture des pattes qui fixaient la dérive et la gouverne de direction. Le stabilisateur s'est séparé de l'avion et est tombé dans la baie de Jamaïque, à environ un mille au nord du lieu principal de l'épave.
Huit secondes plus tard, l'avertisseur de décrochage s'est déclenché sur l'enregistreur vocal du cockpit. Au moment où le stabilisateur s'est séparé de l'avion, l'avion a piqué vers le bas, se dirigeant droit vers Belle Harbor. Alors que les pilotes luttaient pour contrôler l'avion, celui-ci s'est mis en vrille à plat. Les charges aérodynamiques résultantes ont cisaillé les deux moteurs de l'avion quelques secondes avant l'impact. Les moteurs se sont posés à plusieurs blocs au nord et à l'est du site principal de l'épave. La perte des moteurs a coupé l'alimentation du FDR à 9:16:00, tandis que le CVR a coupé à 9:16:15 quelques instants avant l'impact.
Le fuselage s'est écrasé au sol à Belle Harbor, sur Newport Avenue et Beach 131st Street, détruisant instantanément trois maisons. Les 260 personnes à bord de l'avion et cinq personnes au sol ont été tuées. Les forces d'impact et l'incendie qui a suivi l'écrasement ont détruit l'épave.