为了确保二期打捞工程的顺利进行，圣彼得堡市克雷洛夫中央科学研究院模拟巴伦支海的气候，使用库尔斯克号五十分之一模型，试验了起吊、拖运并放置到浮坞上的全过程。
从7月9日到9月10日，打捞人员先将损毁严重的艏舱切割下来，同时在第五、第七、第八舱的壳体上打出梯形的洞，穿上起吊潜艇的26条钢缆。
9月10日，装有液压起重机的驳船进入作业区。9月26日傍晚，潜水员们完成了最后两个技术性钻孔的切割工作，前期准备工作宣告结束。潜水员们还在核潜艇艇身上的8个不同地方，安装了监测放射物质的装置。最后，巨人4号大型驳船登台亮相。它通过固定在艇身上的钢缆，进行起吊作业。
9月28日，由于天气状况的恶化，其他船只撤离到安全地带，只有巨人4号大型驳船、彼得大帝导弹巡洋舰和梅奥号指挥舰，仍停泊在作业现场。
与此同时，北方舰队和摩尔曼斯克地方政府都在积极地为库尔斯克号打捞出水之后的工作进行准备。，海军司令库罗耶多夫亲临科拉湾畔罗斯莱科沃，现场观摩库尔斯克号艇身安放在PD-50船坞上的模拟综合演练，确保万无一失。
10月8日傍晚，从海底打捞上来的库尔斯克号艇身，已经被牢牢地固定在了巨人4号的船底部位，并被拖向罗斯莱科沃。
在动用近3000人、花费约6500万美元之后，10月22日，库尔斯克号终于在PD-50船坞上浮出水面。次日，俄罗斯调查人员就登上库尔斯克号残骸。他们发现，整个艇身面目全非，舱里堆满了金属碎片和扭曲的机器零件，内部装置所剩无几。
为调查核潜艇失事的原因，俄罗斯总检察院成立了由32名专家组成的调查组，并分成4个小组，夜以继日地工作。由于库尔斯克号内堆满各种散落的零部件，加之一氧化碳气体浓度太高，调查和清理工作进展缓慢。一天，清理人员打开第九隔舱的救生舱盖时，一股毒气扑面而来，有人吸入后，差点失去知觉。虽然所有参加调查和清理的人员都戴着防毒面具，但每隔半个小时，他们必须爬出艇外，呼吸一些新鲜空气。
2001年11月28日，普京总统在克里姆林宫亲切接见了参与打捞库尔斯克号工作人员，并向一百多人授勋。
普京说，在全世界沉没的200多艘潜艇中，库尔斯克号是第一艘被打捞上来的核潜艇。俄罗斯应该从库尔斯克号失事事件中吸取教训，以便提高民用和军用舰船的质量，建立起有效的海上搜救体系。库尔斯克号的失事可以帮助设计师们建立起更加有效和安全的建造船只的国际标准。
2002年3月16日，俄通社·塔斯社报道：俄罗斯军事检察院事故调查组结束对遇难艇员尸体的辨认工作，共辨认出114名艇员尸体，最后辨认出的是艇长利亚钦的尸体，并得到了他的妻子的证实。