شکل‌گیری حادثه انفجار قطار نیشابور زمانی آغاز شد که در اوایل روز چهارشنبه و دقایقی پس از ساعت ۴ بامداد، واگن‌های متوقف‌شده و بدون لکوموتیو از ایستگاه ابومسلم - سه ایستگاه قبل از ایستگاه نیشابور- به‌طور ناخواسته فرار کرده و به روی ریل به سمت مشهد به حرکت درآمدند که پس از مسافتی با قطار باربری دیگری که حامل گوگرد بود در ایستگاه خیام - یک ایستگاه قبل از نیشابور- در محل روستای دهنو هاشم‌آباد برخورد کردند. ساعت ۹ صبح از سوی مدیرعامل سازمان آتش‌نشانی و فرمانده عملیات اعلام می‌شود که حریق مهارشده است. از واگن‌ها بخار به هوا می‌رفت و به نظر می‌آمد این بخار مربوط به آب ریخته‌شده روی آتش است. پس از خاموش شدن آتش، عوامل حاضر در صحنه، عملیات را پایان‌یافته تلقی کردند و تدابیر امنیتی ایجادشده در محل برداشته شد.
مردم محلی و مسئولان برای تماشا و تشکر از خدمات افراد مشارکت‌کننده در عملیات به محل واگن‌ها نزدیک شدند و در ساعت9 و 37 دقیقه صبح مواد داخل واگن‌ها منفجر شدند که بدین ترتیب یک حادثه کوچک، یعنی فرار واگن‌ها و آتش گرفتن‌شان، به دلیل عدم شناخت نوع مواد در حال حمل، رعایت نکردن اصول ایمنی و استانداردهای لازم در حمل این‌گونه مواد و اطفای غیرتخصصی آتش‌نشانان به یک بحران بزرگ تبدیل شد. انفجاری بسیار مهیب منطقه را ویران کرد، صدای انفجار در شهرهای مختلف شنیده شد و در مشهد، یعنی ۹۰ کیلومتری محل حادثه زلزله ۵/۳ ریشتری ثبت شد. ۴۵۰ نفر زخمی شدند و بیش از 300 نفر از افرادی که نزدیک محل سانحه ازجمله آتش‌نشانان، مسئولان و مردم بودند به طرز فجیعی کشته شدند به‌نحوی‌که شناسایی برخی از آنها امکان‌پذیر نبود .بعد‌ها مشخص شد، در این واگن‌ها چهار ماده اصلی پنبه، گوگرد، نفتا (سوخت هواپیما) و کود نیترات آمونیوم حمل می‌شده‌اند. حکم متهمان فاجعه انفجار قطار در نیشابور پس از گذشت چهار سال صادر و 10 نفر از متهمان پرونده به حبس محکوم شدند. طبق رأی صادره از سوی رئیس شعبه ۱۰۲ دادگاه عمومی مشهد از مجموع ۱۲ متهم پرونده، ۱۰ نفر از کارمندان وقت شامل رئیس اداره بهره‌برداری، معاون ایستگاه ابومسلم، رئیس قطار باری، مسئول ایستگاه ابومسلم، ترمزبان، چهار سوزنبان و مدیرعامل شرکت به مجازات حبس محکوم شدند.