O Boeing cargueiro decolou por volta de 20h30, horário local e iria sobrevoar o oceano pacífico em um voo de mais ou menos 11 horas até a cidade de Los Angeles, mas 22 minutos depois da decolagem o avião sumiu dos radares. A aeronave estava carregada entre outros itens, quadros do pintor Manabu Mabe que estavam em exposição no Japão e na época custavam em torno de US$ 1,24 milhão de dólares. Até os dias de hoje nunca foram encontrado quaisquer vestígios do avião, e nem se sabe em que ponto do oceano ocorreu a queda se tornando assim um dos maiores mistérios da aviação comercial.
Várias teorias foram levantadas para tentar explicar o sumiço do voo Varig 967, entre elas, e a mais provável, é que a aeronave sofreu uma lenta despressurização na cabine fazendo com que a tripulação perdesse a consciência e o avião ficasse voando no piloto automático por várias horas até ficar sem combustível e cair em algum ponto remoto no oceano pacífico. Foram feitas várias buscas para tentar encontrar o avião, mais sem sucesso.