Setelah proses penanganan operasional, layanan penumpang dan kargo di darat selesai, Lion Air penerbangan JT-330 lepas landas pukul 17.13 WIB dengan membawa 6 (enam) kru dan 169 tamu (penumpang).
Fase mengudara berjalan normal. Pilot menjalankan pengoperasian pesawat berdasarkan prosedur. Pada ketinggian jelajah 3.000 kaki, pilot merasakan kinerja pada salah satu komponen mesin pesawat tidak sesuai dengan yang semestinya dan menunjukkan perlu segera dilakukan pengecekan.
Dalam memastikan faktor keselamatan dan keamanan penerbangan (safety first), pilot memutuskan untuk kembali ke bandar udara asal (return to base) di Bandar Udara Internasional Soekarno-Hatta.
Pesawat mendarat secara normal dan aman. Setelah pesawat berhenti dan parkir pada landas parkir (apron), seluruh penumpang diarahkan untuk menuju ruang tunggu (boarding gate) guna mendapatkan informasi lebih lanjut. Proses penunpang keluar dari pesawat (disembark) dilakukan secara normal.
Lion Air menyampaikan permohonan maaf kepada seluruh penumpang atas ketidaknyamanan yang timbul.
Teknisi dan pilot melakukan pengecekan pada pesawat melalui tahapan kerja yang dijalankan menurut daftar kerja (check list) yang membutuhkan waktu. Untuk saat ini, Lion Air tidak dapat berspekulasi.
Lion Air telah menginformasikan kepada seluruh penumpang bahwa penerbangan JT-330 dipersiapkan dengan menggunakan pesawat Lion Air yang lain. Lion Air menjalankan pelayanan dan penanganan kepada penumpang sesuai ketentuan yang berlaku.
Penerbangan JT-330 selanjutnya dioperasikan dengan menggunakan Boeing 737-800NG registrasi PK-LOP. Pesawat telah berangkat pada pukul 19.20 WIB dan diperkirakan mendarat di Bandar Udara Internasional Sultan Mahmud Badarudin II pukul 20.20 WIB.