8 апреля 1970 года в 22.30 на глубине 120 метров почти одновременно в рубке гидроакустиков в 3 отсеке и в труднодоступном месте 7 отсека из-за короткого замыкания произошел пожар. Увеличивая ход с 10 до 16 узлов, в 22.36 К-8 всплыла. Очаг возгорания в 3 отсеке был ликвидирован системой ВПЛ, но из-за сильного задымления и высокой концентрации угарного газа личный состав 3 отсека был выведен в 4 отсек. Очаг пожара в 7 отсеке был большой интенсивности из-за поступления масла системы смазки АТГ и раскрытия регенеративных патронов В-64. Пожар тушился системой ВПЛ. Уже через 2 минуты после начала пожара личный состав 7 отсека был выведен в 8 отсек. Сработала аварийная защита ядерного реактора левого борта, затем была сброшена аварийная защита ядерного реактора правого борта. Вышла из строя вся электроэнергетическая система, К-8 лишилась хода, электроэнергии и связи. Оба дизель-генератора были пущены, но принять нагрузку на них не смогли из-за обесточенного щита гребного электродвигателя в 7 отсеке. Через 40 минут работы начался перегрев, и дизель-генераторы пришлось остановить. Средства пожаротушения применялись не эффективно. Пожар тушили методом герметизации отсеков. Через 4 минуты после всплытия личный состав ПУ ГЭУ из-за невозможности пребывания в нем был переведен в 6 отсек, а через 30 минут из-за высокой температуры и загазованности все находившиеся в 6 отсеке, включившись в ИДА-59, перешли в 4 отсек. Аварийно-спасательный люк 8 отсека первоначально отдраить не удалось из-за поступления воздуха в 8 отсек. Сравнять давление воздуха в 8 отсеке через клапан отсоса воздуха водолазом также не удалось. Аварийные партии дважды осматривали 3 и 4 отсеки, при этом потушили вновь возникшее пламя в 3 отсеке в рубке гидроакустиков.
В момент объявления тревоги в лазарете после операции находился старшина 1 статьи срочной службы Ю.Ильченко. Его ИДА-59 находился в другом отсеке, и, спасая своего подопечного, начальник медицинской службы капитан медицинской службы А.Соловей отдал ему свой дыхательный аппарат.
9 апреля 1970 года весь личный состав 4 отсека выведен на мостик через 3 отсек. Израсходовав запас воздуха в ИДА, погибли от угарного газа 15 человек. В живых осталось четверо, в том числе и Ю.Ильченко, который рассказал о подвиге корабельного врача. В 2 часа ночи был отдраен люк 8 отсека и выведено 4 человека, вынесено 13 погибших от отравления окисью углерода. К 4 часам утра выведен весь личный состав кормовых отсеков, в дальнейшем эти отсеки не осматривались, их состояние осталось неизвестным. К-8 оставалась в дрейфе без связи, были загазованы отсеки с третьего по девятый. На перекличке выяснилось, что в результате пожара погибло 30 человек. Личный состав расположился в первом и втором отсеках, часть на верхней палубе. В 14.15 на горизонте появилось судно. Был подан сигнал пятью красными ракетами. Подошедший сухогруз оказался канадским «Clyvde Ore». Приблизившись к лодке на 15 кабельтовых, канадское судно обошло ее по дуге и, развернувшись на прежний курс, не оказав помощи терпящей бедствие подводной лодке, полным ходом удалилось. Для поддержания дифферента была в первый раз продута кормовая группа ЦГБ.
10 апреля 1970 года только через 30 часов после начала аварии К-8 случайно обнаружило болгарское судно «Авиор» с советским капитаном-наставником на борту. Через его радиостанцию в Варну было передано сообщение об аварии. Из Варны сигнал об аварии был передан в Москву, таким образом, в ГШ ВМФ стало известно об аварии. На помощь К-8 были посланы подводные лодки К-83 проекта 629, Б-109 и Б-413 проекта 641, судно разведки «Харитон Лаптев», гидрографические суда «Лотлинь» и «Гидрорулевой», БПК «Бойкий», буксир СБ38 и килектор КИЛ22. К 17.00 на «Авиор» была переправлена группа экипажа из 43 человек, не занятых ликвидацией аварии. В 10.30 были еще раз продуты кормовые балластные цистерны. Положение подводной лодки было тяжелым: запас ВВД был на исходе, пополнение его не было возможным, поскольку К-8 была обесточена, дифферент на корму постоянно нарастал, погода ухудшалась, запас баллонов для ИДА-59 также был израсходован.