根据在潜艇内找到的录像带、录音带和潜艇的自动记录装置，也就是潜艇的“黑匣子”，人们复原、再现了库尔斯克号事故发生时的悲惨情景：
2000年8月12日11时25分左右，根据北方舰队司令部的命令，参加演习的库尔斯克号核潜艇准备发射鱼雷。当时，指挥人员和大部分官兵都集中在第一、二号隔舱。11时28分，由于鱼雷发生意外，随着一声巨响，艇内发生了能量相当于100公斤TNT炸药当量的爆炸。霎时间，第一、二隔舱成了一片火海，在发射阵位的乘员全部死亡。
第一次爆炸发生时，库尔斯克正处在潜望深度，包括潜望镜在内的所有观测与监测设备均处在伸出工作状态。爆炸后，这些设备的液压控制系统被毁失灵，以至于在潜艇沉没后，仍未能把潜望镜等设备收回原位。
130秒后，艇员惊魂未定，尚未弄清楚第一次爆炸是怎么一回事，灾难再次降临。在五分之一秒内，共有7枚鱼雷爆炸。第二次爆炸的能量超过第一次20多倍，相当于一次里氏3.5级地震的威力，也就是这次爆炸，被挪威奥斯陆地震研究所探测到了地震波，并被误以为是发生了海底地震。爆炸引起的火灾导致艇内温度不断升高，最高时瞬间曾达到了8000℃，许多耐高温材料都熔化了。由于爆炸导致潜艇严重变形，艇内各种零部件纷纷脱落。这时，海水也顺着第1隔舱被炸出的窟窿涌入艇内。
爆炸发生时，一些官兵正在第四、五隔舱里休息。他们还没来得及做任何准备，就遇到了灭顶之灾。一些人在睡梦中死去，一些人虽然戴上了防护面具，但由于通道被堵死，也无法向艉舱撤离。
第二次爆炸过后，六号舱内的官兵成功地关闭了隔离门。尽管隔离门已被炸得严重变形，但它挡住了凶猛的冲击波，使大火最后没能窜进六、七、八、九号舱，还有23名官兵活着，有的人已被烧伤。13时15分，他们冒着浓烟，趟着海水，全体撤到了第九隔舱。他们试图打开救生舱盖，但没有成功。这时，他们已意识到“谁都不可能逃出去了”。于是，一些人开始写遗书。准尉鲍利索夫写完遗书后，将其装进了密封的瓶子里。科列斯尼科夫上尉在写给新婚妻子奥尔佳的遗书中，还粗略介绍了艇内发生的情况。刚开始，借着艇内的灯光，科列斯尼科夫的字写得很清楚。过了半个小时，电力供应停止了，艇内一片漆黑，空气越来越少，海水越升越高。科列斯尼科夫在黑暗中又写下了几行模糊的字，把纸条装进了上衣口袋里。到晚上七八点钟，艇内空气用光了，23名官兵窒息身亡。
库尔斯克号核潜艇失事时，虽说没有携带核武器，但两个核动力反应堆共有重达3吨的放射性铀元素，如果发生泄漏，将会造成严重的生态灾难。
很多媒体都发出质疑：到底是谁在关键深刻，有时间、有勇气关闭核反应堆？
巴伦支海海域是俄罗斯唯一可以不受其他国家限制的海上出口。如果这片海域发生了核泄漏，北方舰队的出动就会受到影响。但是，如果关闭核反应堆，就意味着切断了潜艇的动力，自寻死路。库尔斯克号核潜艇上有专门供逃生用的潜艇，即使在下潜到600米的极限，它也可以把幸存的船员带出海面。但逃生潜艇的操作需要电能供应。如果潜艇失去动力，逃生舱也就无法工作。大家推测，是最后的23名艇员，在生命关头毅然关闭了核反应堆，虽然没有找到具体证据来支持这一推论。
等到北方舰队司令部发现库尔斯克号核潜艇情况异常，并向出事海域派出救援队时，库尔斯克号已沉入108米深的巴伦支海底。艇上111名乘员、5名从第7核潜艇师派出的军官和2名柴油机厂的工程师全部罹难。
令人惊奇的是，库尔斯克号并没有全军覆灭。2000年8月11日，也就是海难前一天，戈里亚乔夫准尉奉命到外地出差，19日归队。所以，库尔斯克号沉没的消息传开后，他远在沃洛格达州托季姆市的父母痛苦不堪，为其摆设灵堂，烧香祈祷……当听筒内传出他的声音，老母亲就像被电流击了一下子，吓得电话坠地，不敢相信他还会活在人间。