До поверхности океана оставалось совсем немного, когда поврежденная клешня рассыпалась. Теперь лодку удерживала за носовую часть лишь одна пара клешней. В этот момент случилось не предвиденное: на глазах у американцев подводная лодка раскололась, и примерно три четверти ее корпуса вместе с телами большинства погибших и баллистическими ракетами стали погружаться в океанскую пучину. Из этой части выскользнула ракета и медленно пошла ко дну, но взрыва не последовало. Носовая часть К-129 оказалась в «Лунном бассейне» – огромном раскрывающемся с днища отсеке «Glomar Explorer». Появившиеся русские разведывательные суда начали фотосъемку. «Glomar Explorer» снялось с якоря и двинулось к берегам США. После откачки воды из огромного внутреннего ангара специалисты начали обследовать К-129. Первое, что поразило американцев – низкое качество стали, из которой был изготовлен корпус подводной лодки. По утверждению инженеров ВМС США, даже толщина ее не была во всех местах одинаковой. Проникнуть внутрь подводной лодки оказалось практически невозможно: там все было исковеркано и сдавлено взрывом и циклопическим давлением воды. Матрацы коек были спрессованы до 40 см в длину. Американцам удалось извлечь ядерные торпеды.
К-129 находилась на ровном киле и без видимых повреждений. Вероятно, подводная лодка, получив сначала какое-то внешнее повреждение, заполнялась водой отсек за отсеком, и тонула относительно медленно, и давление внутри подводной лодки постоянно сравнивалось с внешним. Российские эксперты склонны считать, что именно так и случилось, а при подъеме подводной лодки переломилась именно в месте пробоины. Также считается, что ЦРУ умышленно прибегало к дезинформации, дабы скрыть подлинную картину. По утверждению К.Барлисона, К-129 на глубине развалилась, причем ВМС и ЦРУ США с самого нала знали об этом, и подводную лодку собирались поднимать по частям. В противном случае трудно объяснить, почему «Лунный бассейн» на «Glomar Explorer» имел длину чуть более 60 метров, тогда как длина К-129 составляет почти 100 метров. Из-за огласки операции в 1975 году от второго и третьего этапов ЦРУ пришлось отказаться. Возникает вопрос: почему ЦРУ решило поднимать в первую очередь не самую ценную в разведывательной информации среднюю часть подводной лодки, где были ракеты с ядерными боеголовками, шифры, секретные приборы и судовые документы, а сравнительно малоинтересную в этом плане носовую? Ответа нет, если не принять во внимание неоднократные сообщения в американских средствах массовой информации о том, что в ходе операции «Dgenifer» подняли все части подводной лодки, а сообщили лишь о носовой, где были найдены тела шести советских подводников, которых перезахоронили почти через два месяца в Тихом океане, в 90 милях к юго-западу от Гавайских островов. В октябре 1992 года ЦРУ передало президенту РФ видеопленку, на которой была запечатлена процедура захоронения подводников. По погибшим отслужили молебен на английском и русских языках, были исполнены гимны двух стран, а затем контейнер с останками подводников по морскому обычаю опустили в океан на глубину около 4 000 метров.
Версий гибели К-129 выдвинуто и существует до сих пор несколько. Правительственная комиссия рассматривала многие возможные причины гибели подводной лодки, среди них – взрыв боезапаса или аккумуляторной батареи, большое поступление воды внутрь прочного корпуса из-за несовершенства устройства подачи воздуха к дизелям, работающим в перископном положении или частично через пробоину, образовавшуюся в результате столкновения с другой подводной лодкой или кораблем.
Согласно версии, распространенной в США, советскую подводную лодку, находившуюся на Боевом патрулировании, в феврале-марте 1968 года отслеживала американская стационарная высокочувствительная система дальнего гидроакустического обнаружения «Морской паук». Она же и засекла момент и место катастрофы. Как сообщила американская печать, первой к лежащей на дне советской подводной лодке, подошла атомная подводная лодка США «Halibat», переоборудованная из атомной с крылатыми ракетами в разведывательную – специально для участия в операциях по слежению за советскими подводными лодками и кораблями.
Летом 1968 года «Halibat» изучила корпус затонувшей советской подводной лодки: спущенная по кабель – тросу фотокамера сделала тысячи снимков К-129.
8-12 марта 1968 года подводная лодка К-129 погибла в Тихом океане со всей командой по неизвестной причине при несении Боевой службы.
30 июля 1968 года исключена из состава ВМФ. В конце 1992 года о погибших подводниках впервые было сказано открыто. ГК ВМФ приказал подготовить проекты нового приказа Министра обороны и постановления Правительства относительно К-129.