Khoảng 2 giờ 30, ngày 21/7 xe khách giường nằm chạy tuyến Khánh Hòa (Ninh Thuận cũ) - TPHCM do tài xế Trần Thanh Hải (41 tuổi) điều khiển, chạy trên Quốc lộ 1 theo hướng Bắc - Nam. Khi đến đoạn qua ấp Hưng Thịnh, xã Hưng Thịnh (Đồng Nai), lửa bùng phát từ gầm xe rồi nhanh chóng bao trùm toàn bộ phương tiện. Tài xế lập tức cho xe tấp vào lề, hô hoán hành khách thoát thân. Một số người kịp chạy ra ngoài, trong khi nhiều nạn nhân mắc kẹt. Nhận tin báo, lực lượng Cảnh sát PCCC và CNCH Công an Đồng Nai điều xe chuyên dụng cùng cán bộ, chiến sĩ đến hiện trường dập lửa. Kiểm tra bên trong xe, lực lượng chức năng phát hiện các thi thể nạn nhân.
Nguyên nhân ban đầu xảy ra vụ tai nạn đặc biệt nghiêm trọng là do lái xe Trần Thanh Hải buồn ngủ, không làm chủ tay lái nên đã xảy ra va chạm với ta-luy bên phải đường, dẫn đến phát sinh cháy ở gầm xe phía trước gần bình dầu.