Thời điểm xảy ra sự cố vào khoảng 1giờ sáng 8/9, trên đoàn tàu SE3 lúc này có hơn 200 hành khách. Khi tàu SE3 đang vào ga thị xã Bỉm Sơn, Thanh Hóa thì bất ngờ toa số 10 bị trật bánh văng khỏi ray.
Tại hiện trường, một toa tàu đã bị hư hỏng, rất may sự cố không gây thương vong về người. Tuy nhiên, hành trình của đoàn tàu bị chậm nhiều giờ đồng hồ.
Sau khi nhận được tin báo, Công ty cổ phần đường sắt Thanh Hóa đã huy động phương tiện để cứu hộ toa tàu bị trật bánh, đồng thời 2 toa hành khách giáp nối cũng được tháo rời để tiến hành sửa chữa.
Những hành khách trên tàu SE3 đã được đưa về ga Thanh Hóa và bố trí thêm toa tàu khác để tiếp tục hành trình.
Trong nhiều giờ đồng hồ, các công nhân đường sắt phải thức trắng đêm để “giải cứu” toa tàu bị lật. Đến khoảng 5 giờ sáng cùng ngày, hành trình trên tuyến đường sắt Bắc - Nam, đoạn qua hiện trường đã được thông suốt trở lại.
Trước đó, vào ngày 3/9, đoàn tàu SE3 xuất phát từ ga Hà Nội đi Thành phố Hồ Chí Minh, khi đến khu gian Ngân Sơn - Thọ Lộc (thuộc huyện Bố Trạch, Quảng Bình) cũng đã bị lật khỏi đường ray khiến tuyến đường sắt Bắc – Nam bị tê liệt hoàn toàn.