Прибыв в Североморск, маршал Рокоссовский заслушал командующего флотом о состоянии С-80 и уровне подготовке 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-1 ПР-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 кампании «Лойд Лист энд Шиллинг», 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 девяносто 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»!» Штурмана 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.