Vào thời điểm trên, chiếc xe tải mang biển kiểm soát 78C - 009.14 do ông Nguyễn Ngọc Anh (SN 1976, ở xã An Mỹ, huyện Tuy An) điều khiển đang đổ đèo Quán Cau theo hướng Bắc – Nam thì bị mất lái, va vào dải phân cách, chắn ngang đường.
Thấy vậy, bà Mai Thị Minh Thúy (SN 1974, xã An Cư, huyện Tuy An) đang điều khiển xe máy mang biển kiểm soát 78H1 - 13.126 lưu thông cùng chiều giảm tốc độ để tránh chiếc xe tải.
Lúc này, người điều khiển xe bồn mang biển kiểm soát 77C - 080.29 phát hiện vụ việc, đã kịp thời dừng phương tiện. Tuy nhiên, từ phía sau xe đông lạnh mang biển kiểm soát 51D - 453.82 lao đến đâm vào đuôi của xe bồn. Tiếp đó xe khách mang biển kiểm soát 12B - 00473 lách qua bên trái xe bồn để vượt lên thì bị mắc lại.
Cuối cùng, xe khách mang biển kiểm soát 90B - 003.21, do Trần Tất Tùng (SN 1984, trú tỉnh Hà Nam) điều khiển, lách qua bên phải xe bồn và tông vào xe của bà Thúy làm bà này bị thương nặng.
Bà Thúy được đưa đi cấp cứu tại Bệnh viện đa khoa tỉnh Phú Yên, tuy nhiên do vết thương quá nặng nên đã tử vong.
Theo nhận định ban đầu của một số hành khách và các tài xế, nguyên nhân xảy ra vụ tai nạn là do thời điểm này có mưa nhỏ, đoạn đường tại khu vực xảy ra tai nạn khá trơn và người điều khiển phương tiện không làm chủ tốc độ khi đổ đèo.
Sau khi vụ việc xảy ra, 6 phương tiện trong vụ tai nạn đã chắn hết toàn bộ phần đường bên phải theo hướng Bắc – Nam, gây ùn tắc.
Nhận được tin báo, lực lượng chức năng ở huyện Tuy An đã có mặt tại hiện trường, tiến hành phân luồng, điều tiết giao thông và làm rõ nguyên nhân vụ tai nạn.