1979年5月16日夜，從台灣探家回到金門約一週後，林正誼攜帶軍籍證明及有關資料，從金門泅海約2公里到廈門，投奔中國人民解放軍。 林正誼叛逃時，是陸軍284師851旅步5營2連(馬山連)連長。霍守業時任陸軍284師作戰科科長，是首先接獲叛逃回報的高勤官；蕭如波時任284師政戰科長， 當時284師師長是周仲南、851旅旅長是薄榮萍、步5營營長是侯金生；事發前三個月林毅夫剛從前一個單位，852旅高華柱擔任營長的單位調任現職。
根據軍方調查，5月16日晚間，林毅夫穿著由連長保管的救生衣，趁著大退潮游泳到金廈之間的角嶼投敵。軍方透露，角嶼距離馬山連2130公尺，那天的退潮恰好是當年最大的一次退潮，兩端的海底幾近浮現，可以踩著海底走上一段，真正需要游泳的距離並不長，不到二小時就能到角嶼，水文因素讓林毅夫叛逃成功機率大增。調查報告指出，5月14日林毅夫巡查海岸班哨時曾嚇唬班兵，遇到共軍水鬼，如果對方沒招惹，就不需要開槍，以免死後報復； 他還在5月16日上午向連上文書兵廖振柱索取潮汐表查閱，而根據潮汐表，當天下午四時滿潮，晚間十時退潮。軍方表示，當晚最後見到林毅夫的人是連上文書兵童進耀，他在晚間8時30分於伙房向林毅夫報告將到營部接新兵，但當他在晚間9時30分接到新兵想向連長報告時，林毅夫已不在寢室，研判林毅夫叛逃時間應該就在這一個小時之內。
全師一萬多人立刻全體動員展開搜尋，照明彈從凌晨打到天亮，50機槍與105榴砲不斷射擊海面可疑漂浮物，但打到的都是浮木。 金門防衛司令部舉行全島「雷霆演習」，10萬官兵與5萬平民，每人手臂上綁上一樣的白臂章識別，手持木棍翻遍島上每寸土地， 但找了好幾天都全無結果。
林正誼的叛逃與機密作戰資料的失蹤，使金門防衛司令部立刻下令，將駐守金東的284師與駐守南雄的319師紧急對調換防。 1979年6月，158師移防台灣，127師改駐小金門，146師駐守金中。短短一個月，駐守大、小金門的五個師全部移防， 同時「通訊密碼表」和金門的作戰計畫都全部重新制訂。
到了中國大陸之後，改名為「林毅夫」的林正誼先後輾轉各地，最後到達了首都北京。時為文革結束不久， 而林毅夫的台籍身份又極為敏感，他首先準備就讀的中國人民大學就曾以“此人來歷不明”為由把他拒之門外， 最終是北京大學接納林毅夫為北大經濟系碩士生。1980年，剛於1979年獲諾貝爾經濟學獎的芝加哥大學榮譽教授西奧多·舒爾茨到訪北大， 校方指派林毅夫為舒爾茨翻譯；舒爾茨對林的翻譯和經濟學上的領悟頗為讚賞，回到芝加哥後，便安排推薦林毅夫獎學金，就讀芝加哥大學經濟系。