Vào ngày 4 tháng 10, Cơ quan Khí tượng Nhật Bản bắt đầu theo dõi áp thấp nhiệt đới đã phát triển ở Vịnh Thái Lan, cách thành phố Hồ Chí Minh (Việt Nam) khoảng 400 km (250 dặm) [5][6] về phía tây. Trong vài ngày tiếp theo, hệ thống di chuyển về phía tây trong một khu vực cắt gió thẳng đứng từ thấp đến trung bình trước khi nó đi qua Bán đảo Malay và di chuyển ra khỏi Lưu vực Tây Thái Bình Dương vào ngày 6 tháng 10.[7][8][9] Sau đó, hệ thống đã xuất hiện ở biển Andaman vào ngày hôm sau, trước khi Cục Khí tượng Ấn Độ (IMD) bắt đầu theo dõi hệ thống này khi Áp thấp BOB 04 vào đầu ngày 8 tháng 10 [10][11][12] Trong ngày hôm đó, hệ thống di chuyển theo hướng giữa tây bắc và tây-tây bắc vào một môi trường để phát triển hơn trước khi IMD báo cáo rằng hệ thống đã trở thành một vùng trũng sâu vào đầu ngày 9 tháng 10 khi nó tăng cường và củng cố hơn nữa.[12][13] Trung tâm Cảnh báo Bão Liên Hợp Hoa Kỳ (JTWC) sau đó đã khởi xướng các cố vấn về trầm cảm và chỉ định nó là Bão nhiệt đới 02B, trước khi hệ thống hơi suy yếu, khi nó đi qua Mayabunder ở Quần đảo Andaman và di chuyển vào Vịnh Bengal.[14][15][16] Sau khi di chuyển vào Vịnh Bengal, hệ thống nhanh chóng được tổ chức lại khi nó di chuyển dọc theo rìa phía nam của một sườn núi cận nhiệt đới áp suất cao. IMD báo cáo rằng hệ thống đã tăng cường thành một xoáy thuận nhiệt đới và đặt tên là Phailin.[16][17]

Sau khi được đặt tên, Phailin nhanh chóng tăng cường hơn nữa và trở nên tương đương với cơn bão cấp 1 trên thang gió bão Saffir-Simpson (SSHWS) vào đầu ngày 10 tháng 10. Sau khi các dải đối lưu khí quyển đã bao bọc vào trung tâm lưu thông cấp thấp của hệ thống và hình thành một đặc điểm mắt.[18][19] Cuối ngày hôm đó, IMD báo cáo rằng hệ thống đã trở thành một cơn bão xoáy rất dữ dội, trước khi JTWC báo cáo rằng Phailin đã trở thành tương đương với cơn bão cấp 4 trên SSHWS, sau khi nó đã tăng cường nhanh chóng trong suốt ngày hôm đó.[20][21] Đầu ngày hôm sau, hệ thống đã trải qua một chu kỳ thay thế mắt và hình thành một ống mắt mới sau đó được củng cố.[22] Sau khi thị lực mới củng cố hệ thống tăng cường hơn một chút, với báo cáo của JTWC rằng hệ thống đã đạt đến cường độ cực đại, với tốc độ gió duy trì trong 1 phút là 260 km/h (160 mph) làm cho nó tương đương với cơn bão cấp 5 trên SSHWS.[23][24] Đầu ngày 12 tháng 10, hệ thống bắt đầu suy yếu khi nó trải qua chu kỳ thay thế mắt thứ hai, trước khi mắt Phailin bắt đầu xuống cấp nhanh chóng khi nó di chuyển về phía bờ biển Ấn Độ.[25][26] Hệ thống này sau đó đã hạ cánh vào cuối ngày hôm đó gần Gopalpur ở Odisha, vào khoảng 22:30   IST (17:00   UTC) như một cơn bão xoáy cực kỳ dữ dội.[12] Sau khi hệ thống hạ cấp, JTWC đã đưa ra lời khuyên cuối cùng về Phailin; vào ngày hôm sau, IMD báo cáo rằng hệ thống đã suy yếu thành một cơn bão lốc xoáy. Vào ngày 14 tháng 10, Phailin suy yếu thành một vùng áp thấp được đánh dấu rõ ràng và IMD đã đưa ra lời khuyên cuối cùng về cơn bão.[27][28]