Durante la mañana del 16 de enero de 1966, un B-52 de las fuerzas aéreas de los EEUU, proveniente de la base Seymour Johnson (Carolina del Norte, EEUU), en cuya bodega alojaba 4 bombas termonucleares de 70 kilotones, colisionó con un avión nodriza KC135 proveniente de la base americana de Morón de la Frontera mientras realizaban una maniobra de repostaje de combustible en vuelo. Los 4 miembros de la tripulación del KC135 murieron en el acto mientras que 4 de los 7 tripulantes del B52 pudieron salvarse, saltando en paracaídas.
Dos de las bombas chocaron directamente contra el suelo explosionando su carga convencional y liberando su contenido radiactivo, compuesto principalmente por plutonio y americio, y creando una nube radiactiva que se esparció sobre unas 226 hectáreas de terreno, debido al viento reinante. Este área incluía la población de Palomares y a sus habitantes.
Los militares americanos pusieron rápidamente en acción un operativo al que denominaron “Broken Arrow” –Flecha Rota-, cuyo principal objetivo era el de localizar los proyectiles perdidos y después descontaminar la zona.
Las tres bombas que cayeron en tierra fueron localizadas en cuestión de horas, pero la que cayó al mar tardó cerca de 80 días en ser localizada; apareció finalmente a 5 millas de la costa.
Aunque los artefactos caídos en tierra no supusieron especial peligro (todo lo que podían haber hecho ya estaba consumado) el ingenio perdido en el agua podía seguir intacto e incluso recuperado por algún país, en especial la antigua Unión Soviética; por lo que la Armada de los Estados Unidos desplegó un gran dispositivo de buceadores y con 34 buques y 4 minisubmarinos sumergibles. Finalmente tras 80 días de búsqueda[1] la bomba fue localizada por el minisubmarino Alvin a 869 metros de profundidad y 5 millas de la costa gracias a la ayuda de un pescador local, llamado Francisco Simó Orts, vecino de Águilas que observó el accidente ya que estaba faenando en el mar cerca del accidente y guió a los marines hasta el lugar donde cayó la bomba; desde este día a Orts se lo conoce en al zona como «Paco el de la bomba». El rescate efectivo de la bomba sumergida se realizó gracias a un ingenio denominado "CURV" utilizado habitualmente para recuperar torpedos del fondo marino.
La recuperación y limpieza de las armas caídas a tierra supuso otro tipo de dispositivo. Varios miembros de las fuerzas armadas de Estados Unidos se presentaron en las cercanías del pueblo equipados con trajes NBQ. Durante varios días permanecieron en la zona, retirando la arena contaminada de 25 000 metros cuadrados de suelo
Las operaciones le costaron al ejército estadounidense 80 millones de dólares de la época, retirando en 4.818 bidones 1.400 toneladas de tierra y tomateras que fueron transportadas a Savannah River. Se calcula que el 15% del plutonio, unos 3kg en estado natural, en óxidos y en nitratos, quedó esparcido en forma pulverizada y fue irrecuperable [cita requerida]. Actualmente, Palomares es la localidad más radiactiva de España [cita requerida]. Manuel Fraga Iribarne, ministro de información y turismo de la época, se bañó ante las cámaras en sus playas para evitar rumores sobre la peligrosidad de la zona, que podrían haber afectado negativamente al turismo.