В местах базирования в немедленной готовности к выходу находились спасательное судно «Алдан» с колоколом, способным погружаться на глубину 280 метров, спасательные суда «Памир» и СС-1, спасательный буксир. Поисковые силы возглавил командир эскадры надводных кораблей Северного флота контр-адмирал Аистов, поднявший свой флаг на эсминце «Гремящий». Вместе с ним находился и командир 8-й дивизии подводных лодок контр-адмирал Егоров, который затем перебрался на траулер «Тунец», где и оставался до окончания поисковых работ.
Одновременно на Северном флоте была подготовлена команда лучших водолазов-глубоководников из опытных офицеров и мичманов. Подобные команды сформировали на Балтийском и Черноморском флотах. Водолазы ждали лишь сигнала к началу работ. Для их доставки выделялись самолеты морской транспортной авиации. В Ленинграде в готовности к вылету находилась группа специалистов во главе с начальником аварийно-спасательной службы ВМФ инженером контр-адмиралом Чикером. Из Севастополя в Североморск был доставлен проходивший испытания на Черном море поисковый комплекс «Мизень-2». Из Ленинграда самолетом Ли-2 переправлено пять опытных комплектов телеаппаратуры АПТ-1 («Креветка»).
В 11 часов 10 минут 28 января главнокомандующий ВМФ адмирал Горшков доложил о происшествии секретарю ЦК КПСС Устинову, а в 12 часов 30 минут сделан письменный доклад дежурному генералу Генерального штаба. Тогда же было уточнено, что ракет на борту С-80 не имеется, а экипаж насчитывал 69 человек. Цифра «69» значится в документе, тогда как на самом деле на лодке находились 68 подводников. И здесь невероятная схожесть с ситуацией на С-117, где, по всем документам, числятся 52 человека, тогда как пофамильный список содержит почему-то всего пятьдесят одну фамилию.
В 16 часов 40 минут с одного из эскадренных миноносцев доложили: «Есть контакт с большим металлическим предметом на глубине. Широта 69 градусов 48,5 минуты, долгота 36 градусов 20 минут».
В 16 часов 55 минут о контакте доложено главнокомандующему ВМФ. Тот отдает приказ: «Все туда!» Спустя тридцать минут контр-адмирал Городницкий доложил об ошибочности контакта.
30 января с подмосковного аэродрома ВМФ Астафьево в Североморск прибыл Маршал Советского Союза Рокоссовский, бывший в тот период главным инспектором — заместителем министра обороны СССР, главнокомандующий ВМФ Горшков, адмиралы Виноградов и Пантелеев и большая группа адмиралов и офицеров центральных учреждений Министерства обороны и ВМФ. Непосредственное расследование происшествия главнокомандующий ВМФ возложил на своего заместителя вице-адмирала Иванова.
Прибыв в Североморск, маршал Рокоссовский заслушал командующего флотом о состоянии С-80 и уровне подготовки ее экипажа на момент выхода в море, об обстоятельствах пропажи подводной лодки и мерах, принимаемых для ее поиска. Непосредственно в дело организации поисковых работ маршал не вмешивался, а все время поиска оставался в штабе Северного флота.
Из воспоминаний Героя Советского Союза адмирала флота Г. М. Егорова: «На совещании, где присутствовали Рокоссовский, Горшков, Чабаненко и другие, я докладывал о состоянии корабля, экипажа и об особенностях управления лодкой с подвешенными на палубу контейнерами после модернизации. Высказал и свое мнение о возможных причинах катастрофы. Что же касается командира корабля, то я дал ему ту оценку, которую неоднократно излагал командующему флотом. В заключение предложил свои соображения по поиску подводной лодки. По моему мнению, в нем должны были принять участие и боевые корабли Северного флота, и суда тралового, рыболовецкого флота, которые имели на вооружении поисковые станции косяков рыбы, способные обнаружить лодку с помощью тралов даже на грунте. Для этого рекомендовал обязательно использовать траулер „Тунец“ — специальное поисковое судно полярного научно-исследовательского института главка „Севрыба“, имевшее на вооружении современное гидроакустическое оборудование, позволяющее различать не только стаи рыб, но и неровности грунта. Это судно имело опускаемую глубоководную камеру, где мог находиться оператор. По приказанию Маршала Советского Союза К. К. Рокоссовского штаб флота разработал порядок поисковых работ. Однако время стремительно уменьшало вероятность спасения людей. А тут еще разыгрался новый сильнейший шторм. Главк „Севрыба“ выделил суда для поиска. Корабли вышли в море и немедля приступили к работе».
Один день сменял другой, а результата все не было. Наконец, 3 февраля в 13 часов 15 минут тралом производившего поиск тральщика Т-742 был подсечен буй подводной лодки, при этом на тральщике якобы даже слышали ответные стуки. Место обнаружения буя: широта — 69 градусов 54 минуты, долгота — 35 градусов 32 минуты.
В 13 часов 20 минут в район обнаружения буя на полном ходу устремились почти все поисковые силы.
Одновременно прочитана была и надпись на буе. Она значила: 215 ССБ-1ПР-25 и на обводе следующие цифры: 633–252–014–11700. Спустя полчаса контр-адмирал Фоминых доложил, что найденный буй принадлежит подводной лодке 644-го проекта. Последние сомнения отпали: искать надо в районе обнаружения буя. Немедленно начинается интенсивный поиск всем, чем только возможно: металлоискателями, тралами, магнитоискателями… Однако в журнале командующего поисковыми силами вскоре появляется новая весьма удручающая запись: «Новых признаков местонахождения ПЛ С-80 не обнаружено». Район поиска снова постепенно расширяется.
За несколько суток поиска корабли и суда спасательных отрядов имели 19 различных зацепов. И всякий раз в место очередного зацепа устремлялись почти все силы, и сердца моряков замирали в томительном ожидании: а вдруг… Но, увы, всякий раз спасателей ждало очередное разочарование. Обследование не давало никаких результатов, и контакты оказывались ложными.
8 февраля по данным ГРУ пришло сообщение о том, что двумя сутками ранее английский траулер «Вульверхамптон Уондерен», принадлежащий компании «Лойд Лист энд Шиппинг», возвращаясь из промыслового рейса из района Белого моря, потерял у побережья Норвегии свой гребной винт. Сразу же возникла версия, о том, что причиной гибели С-80 вполне могло стать столкновение с английским траулером. Однако при дальнейшей разработке от этой версии отказались, так как выяснилось, что англичане потеряли винт, выскочив на каменную отмель. Истинность этого факта по свежим следам выяснила разведка Северного флота.
А обстановка вокруг поиска пропавшей подводной лодки продолжала оставаться чрезвычайно напряженной. В тот же день, 8 февраля, в 16.00 поступило радио от рыболовного траулера «Тунец». Самописец его эхолота внезапно обрисовал длинный и узкий предмет, длиной около девяноста метров и высотой около двадцати, лежащий на морском дне. Когда операторы нанесли точку контакта «Тунца» с неизвестным предметом, то карандаши чуть не выпали из рук. Точка контакта находилась лишь в восьми кабельтовых от точки недавнего обнаружения спасательного буя с С-80!
Немедленно последовала команда: «Все к „Тунцу“!» Штурманы кораблей и судов лихорадочно прокладывали новый курс и определяли время расчетного прибытия в указанную точку. А тем временем дало себя знать и Баренцево море. Ветер резко усилился, пошла крупная зыбь. Корабли отчаянно валяло, особенно тяжко приходилось мелкосидящим тральщикам, которых бросало на высоких волнах, как щепки. Но ни один из командиров не попросился в базу. Все они были полны надежды найти пропавшую лодку и, может быть, спасти еще остававшихся в живых подводников, а потому все остальное для них в этот момент было несущественно.
