新宿発長野行きの下り419列車は、午前10時10分に新宿駅を出発する電気機関車ED16形7号機が牽引する8両編成であった。この列車には軍関係者が乗車する二等車と荷物車も連結されていたが、富士演習場に向かう19名だけで殆どが非戦闘員の一般乗客であった。
8月5日に全面開通したこの日2本目の列車であり、また八王子駅で419列車が出発する前の列車が発車しなかったため大変な混雑だったとされていた。
419列車は八王子駅が八王子空襲により焼失していたこと、単線区間での列車交換に手間取ったことなどの事情があり、浅川駅（現在の高尾駅）を1時間遅れの午後0時15分に出発した。この時点ではすでに空襲警報が発令中であったが、停車中に乗客から「早く出せ」と怒声が飛んでいたこと、更なる遅延を回避するためや、湯の花トンネル、小仏トンネルに入った方が安全と考えたため駅員や乗務員は発車させたものと見られている。
その後、419列車は第一浅川橋梁を通過した後、湯の花トンネルの手前で、進行方向左側の太平洋側から飛来したアメリカ軍のP-51戦闘機複数機（2機もしくは3機のいずれかだったと言われている）に捕捉され、機銃掃射と23センチロケット弾の攻撃を受けた。ロケット弾は外れたが、機関車と1両目は特に激しく攻撃され、トンネルに2両目の半分程が入ったところで列車が停止した。この措置はトンネルから出ていた車両が反復して機銃掃射に晒される結果となったため、犠牲者を増加させることとなった。
犠牲者の数については、国鉄の資料によると49名となっているが、慰霊碑では52名以上（氏名判明のみ）としている。また、事件の慰霊会は65名以上が犠牲になったとしている。負傷者は130名以上であったと言われているが、戦時体制下のため、当時の正確な記録が残されていないという。
毎年8月5日に慰霊祭を行っている事で被害者の霊の目撃例が減少傾向である。
どんな幽霊が出ましたか？
少年2
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老爺2
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少女1
女性5
老婆1
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