A tak 12. srpna 1937 startuje ze Ščelkovského letiště v Moskvě mohutný čtyřmotorový středoplošník DB-A s označením N-209. Cílem jeho šestičlenné posádky je Fairbanks na Aljašce. Tam však N-209 nikdy nedoletěl...

Po startu posádka N-209 udržuje  s Moskvou neustále spojení formou radiodepeší. Ty zůstávají jediným svědectvím o počátečním průběhu letu. Nejprve šlo vše normálně, ale později se situace začala komplikovat. Silný protivítr a hustá oblačnost hrozící námrazou přinutily Levaněvského částečně změnit kurz a vystoupat do maximální výšky. Hlásí sice přelet severního pólu, ale zároveň i tvorbu námrazy. Navíc do oblasti dalšího letu N-209, který míří k Aljašce, postupuje cyklona. Levaněvského depeše jsou stále řidší. V poslední, jež byla přijata, oznamuje souvislou oblačnost a poruchu přívodu oleje, která vedla k tomu, že jeden ze čtyř motorů vypověděl službu.

V moskevském štábu zavládlo zděšení. Výpadek jednoho z motorů totiž znamenal výrazné snížení maximální letové výšky, a tedy i nutnost sestoupit do hustých mraků, kde letoun pravděpodobně pokryla silná ledová námraza. A let s těžkým, zledovatělým, špatně ovladatelným strojem mohl vést k přetížení a poruše dalších motorů. Přes usilovnou snahu sovětských i amerických radiostanic se již spojení s N-209 obnovit nepodařilo. A letoun se neobjevoval ani na Aljašce, ani nikde jinde...

Svět trne o jejich osud. Rusové okamžitě zahajují záchranné akce ve východním sektoru Arktidy. Ze své letecké základny na Rudolfově ostrově podnikají bezpočet pátracích letů. Do hledání se v západním sektoru zapojují i Kanaďané a Američané. Všichni vycházejí z předpokladu, že zkušený pilot Levaněvský jistě někde nouzově přistál, byť s částečným poškozením letadla. Přitom mohlo dojít také k rozbití rádiové vysílačky či vybití akumulátorů, což by vysvětlovalo i jeho mlčení. Levaněvský měl na palubě letadla bohatou výzbroj, stany, šatstvo, dostatečnou zásobu potravin a střeliva, jež by jeho posádce měly umožnit přežít v Arktidě asi půl roku. Později ale převládne mínění, že N-209 nouzově přistál či havaroval na krách poměrně blízko za severním pólem, tedy krátce poté, co mu vysadil jeden z motorů a bylo přerušeno rádiové spojení. Prohledat tuto oblast byl však úkol těžko splnitelný, a nadcházející zima přinutila k ústupu i ty nejodvážnější letce. Většina letadel totiž nebyla pro zimní operace v Arktidě dostatečně vybavena. Pátrání po Levaněvském bylo tak obnoveno až počátkem příštího roku (1938), ale přestože bylo celkem prohledáno přes 80 000  čtverečních kilometrů Arktidy, po Levaněvském se nenašla sebemenší stopa. Proto v květnu 1938 sovětská vláda pátrání definitivně ukončila.

Později se objevilo několik hypotéz. První je "aljašská varianta". Americký duchovní Dr. Cellems zprostředkoval svědectví Eskymáků z Jonesových ostrovů ležících blízko aljašského pobřeží. Ti v srpnu 1937 zaslechli silný hukot motorů a dalekohledem pozorovali nízko letící letoun, mířící na východ. Mezi ostrovy však stroj narazil na vodní hladinu a potopil se. Dr. Cellems předpokládá, že Levaněvský nouzově přistál na kře mezi pólem a Aljaškou, pak sice znovu vzlétl, ale pro nedostatek benzinu se pokusil přistát u Jonesových ostrovů, kde se zřítil. Možná, že v jejich okolí leží na dně trosky letounu dodnes.

Podle kuriózní "jakutské varianty" došlo po přeletu pólu ke ztrátě orientace a navigačnímu omylu. Magnetické kompasy na severu neposlouží a radiomajáky byly příliš daleko. K tomu ještě v důsledku asymetrického tahu motorů s pravotočivou tendencí a nutnosti sestoupit do pásma oblačnosti mohlo dojít ke ztrátě kurzu a obratu o 80 stupňů! Aniž by to posádka tušila, letadlo se v podstatě vrací. Podle vyprávění pamětníků se prý v té době do sibiřského jezera Seben-Kjuel nějaké letadlo skutečně zřítilo. Podle této hypotézy by se nemohlo jednat o jiný letoun než N-209, protože v tu dobu se v dané oblasti jiné letadlo nepohybovalo ani nebylo postrádáno. Několika členům posádky se prý podařilo dosáhnout břehu, kde ale postupně zahynuli. Byly nalezeny kosterní pozůstatky i dřevěná deska se špatně čitelným vyrytým nápisem, sdělujícím, že na tomto místě zahynula Levaněvského posádka. Při pozdějším proměřování hloubky jezera se našla vyvýšenina o průměru 50 metrů, nad níž magnetometr zaznamenal výraznou anomálii. Může to být rudné ložisko, ale i trosky letounu. Jen další průzkum jezera s pomocí nejmodernější techniky by mohl potvrdit, či vyvrátit, že na jeho dně leží Levaněvského letoun.

Za války se rozšířila i pověst, podle které prý Levaněvský nouzově přistál na kře, ale byl s celou posádkou zachráněn německou ponorkou. Později se dává do služeb nacistického Německa a účastní se náletu na Moskvu. Při něm byl skutečně sestřelen bombardér Heinkel 111 s pilotem Hansem Levanevskim. Tato "Goebbelsova varianta" je ovšem falešná, protože sestřelený pilot neměl dle dokumentů ani podobou s Levaněvským nic společného.

Záhada letounu Levaněvského tak zůstává dodnes neobjasněna.