2011年7月23日晚上7点30分左右，温州南站附近因雷击导致牵引供电接触网或大地间出现浪涌电压，通过耦合效应影响了信号电缆，列控中心设备的保险管F2因过载熔断。当时无人占用轨道，但设备缺陷使得即使后续有车，列控中心仍维持无车状态的控制输出，错误地将信号机升级为绿灯。
雷击还影响了轨道电路与列控中心的CAN总线，导致下行三接近区段(5829AG)信号显示异常，形成“红光带”。车站值班员臧凯发现异常后立即汇报并通知维修人员。电务应急值守人员滕安赐在确认故障后进行了记录，并向杭州电务段汇报。随后，陈旭军等三人到达机械室，发现大面积轨道电路报警，他们临时替换设备以恢复部分功能。
20时15分，得知“红光带”消失后，陈旭军要求销记，但信号再次出现问题。经过一系列排查和修复，最终于20时29分26秒，D3115次列车成功转为目视行车模式。然而，在这之前，D301次列车误入故障区段，于20时30分05秒与D3115次列车发生追尾，酿成严重事故，包括车辆脱轨、动车组严重损坏、接触网受损、行车中断以及重大人员伤亡。
2011年7月23日晚上20点30分左右，北京南站开往福州站的D301次动车组列车运行至甬温线上海铁路局管内永嘉站至温州南站间双屿路段，与前行的杭州站开往福州南站的D3115次动车组列车发生追尾事故，后车四节车厢从高架桥上坠下。这次事故造成40人（包括3名外籍人士）死亡，约200人受伤。温家宝总理2011年7月28日上午实地察看事故现场并召开中外记者会。事故遇难人员赔偿救助标准为91.5万元。2011年12月28日，国务院召开常务会议，认定为一起设计缺陷、把关不严、应急处置不力等因素造成的责任事故，刘志军、张曙光负主要责任。