2015年11月24日上午09時42分左右，土耳其空軍的預警雷達探測到兩架不明飛機從敘利亞赫梅米姆（Hmemim）空軍基地起飛，這兩架飛機爬升到5800米的高度，進入舒古爾鎮上空，其中1架在土耳其邊境南面盤旋，另1架在更遠的東部10公里處盤旋。與2015年10月15日土耳其和俄羅斯之間的協議相反，俄羅斯沒有向土耳其通報在土耳其邊境附近的這項任務，因此土耳其空軍不知道這兩架飛機的國籍。這兩架飛機在行動中接近土敘邊界，然後飛越了土敘邊界，在接下來的五分鐘裡，土耳其空軍在兩個之前協商的頻率上發出了10次無線電警告，要求它們向南離開土耳其領空。
俄羅斯飛行員並沒有做出反應，當時，2架土耳其空軍的F-16C戰鬥機正在哈塔伊北部上空飛行，並獲得了開火的許可。因此，當兩架未知飛機接近土耳其時，F-16投入使用。第一架不明飛行飛機在轉向南方之前曾短暫越過土耳其領空，但在土耳其空軍的F-16開火之前，它就離開土耳其領空了。東部的未知飛機緊隨其後，在進入土耳其領空前不久，領頭的F-16從視距之外發射了一枚AIM-120C飛彈。
當時，這兩家不明飛機距離土耳其的F-16約15至20公里之外，因此是「看不見的」（土耳其空軍在這種情況下的交戰規則不需要目視識別）。AIM-120實際上是在不利條件下發射的，因為目標垂直於F-16移動：大多數脈衝都卜勒雷達，包括安裝在F-16C上的APG-68 雷達，在這種情況下跟蹤目標存在問題，因為眾所周知的「都卜勒效應」問題。然而，AIM-120C飛彈準確的命中了目標。
最後被證實是俄羅斯空軍的Su-24M2「Bort 83」失控並墜向地面。這架飛機墜毀在土耳其邊境以南約兩公里處的山丘上，大約在GPS坐標35°51′37.64"N，36°00'17.98"E。由奧列格·佩什科夫中校和康斯坦丁·穆拉特金上尉組成的機組彈射成功，但幾乎立即被一群聖戰分子襲擊，這些聖戰分子是土耳其極端民族主義組織「灰狼」的成員，該組織支持與基地組織有聯繫的賈汗·努斯拉。據後來評估，這些恐怖分子在佩什科夫還在降落傘下降時用機槍掃射殺害了他：這一行為如果得到證實，將構成戰爭罪。後來，奧列格·佩什科夫中校被俄羅斯追授「俄羅斯英雄」稱號。
另一方面，俄羅斯亞赫梅米姆基地在發動戰鬥搜索和救援行動方面進展緩慢。行動在飛機被擊落三個小時後才開始，當時俄羅斯空軍出動了兩組直升機前往營救被擊落的機組人員：每組由一架Mi-8ATMSh-V搜救直升機和一架Mi-24組成。在這次行動中，Mi-8 「Bort 252」被地面火力擊中，被迫在GPS坐標35°40′54.10"N，36°4′47.50"E處緊急著陸。
Mi-8上有12名乘員，其中，俄羅斯海軍陸戰隊員二等兵亞歷山大·帕齊尼奇（Aleksander Pazynich）的頸部中彈犧牲。他們撤離後不久，Mi-8被敘利亞自由軍發射的陶式反坦克飛彈。隨後，在12名敘利亞和6名真主黨特種部隊的幫助下，被擊落的直升機的機組人員和穆拉特金上尉被救出。
2015年11月24日，俄羅斯空軍Su-24M被擊落，不僅使俄羅斯和土耳其以及北約處於武裝衝突的邊緣，而且促使莫斯科發動了全面的宣傳攻勢。土耳其決定向侵犯土耳其領空「僅約兩公里」和「僅17秒」時間的飛機開火，被宣布為「侵略性的過度反應」，而普京則宣布這是「背後一刀」。俄羅斯否認土耳其試圖在開火前與機組人員聯繫。
土耳其F-16擊落俄羅斯蘇-24的事件也暴露出俄羅斯空軍的不足，雖然俄羅斯每年出口大量的新型裝備到世界各地，但是很多裝備僅限於出口，俄軍自己購買的很少。最好的例子是缺乏R-77主動雷達制導空空飛彈。儘管幾十年來在公眾面前享有盛譽，並廣泛出口，但這些產品在俄軍中很少：俄羅斯國防部缺乏購買任何東西的資金。因此，直到2015年11月下旬，即使是部署在赫梅米姆空軍基地的Su-30SM和Su-34仍然只是裝備了過時R-27R / T和R-73空對空飛彈。直到2015年11月26日在An-124運輸機的幫助下運來了S-400防空系統，赫梅米姆空軍基地的防禦能力才得到加強。
在12月6日之前，俄羅斯決定向赫梅米姆空軍基地部署至少四架Su-34，然後是3架Su-24，年底前又部署了至少4架Mi-35M攻擊直升機。最後，在2016年1月，俄羅斯空軍向敘利亞派遣了4架全新的Su-35S多用途戰鬥機。這次事件給俄羅斯敲響了警鐘，迫切需要加強其在敘利亞的空中力量。
為了「報復」Su-24的損失，俄羅斯雙管齊下，一方面宣布土耳其是敘利亞極端主義伊斯蘭恐怖主義的主要支持者，另一方面要通過擴大和加強對敘利亞叛亂分子控制部分地區的轟炸來徹底「懲罰」土耳其。毫無疑問，2015年10月和11月的「火力示威」以及相關的宣傳活動給許多西方觀察家留下了深刻的印象。