1963年4月10日上午10时58分，负责支援深潜试验的“长尾鲨”号核潜艇的救援潜艇“云雀”号舰长斯坦利·W·赫克少校，通过无线电向新伦敦潜艇基地汇报：“自9时17分起，我们未能与‘长尾鲨’号取得联系……目前我舰位于北纬41至43度、西经64至57度之间，正在扩大搜索区域。”

在13时37分，大西洋舰队副司令华莱士·比克利中将下达了紧急命令，指示核潜艇“海狼”号、常规潜艇“似深海鲑”号、潜艇救援船“太阳鸟”号、打捞船“复原”号以及一架巡逻机立即出动，前往“长尾鲨”号潜艇失事的海域。

不久后，“诺福克”号驱逐领舰也加入了搜救行动。

到了4月10日19时54分，“复原”号打捞船在发现大量油污，以及散落的软木和沉重的黄色塑料部件后，确认“长尾鲨”号潜艇已经发生事故。

紧接着，在20时整，五角大楼发布官方公告，宣布“长尾鲨”号潜艇失联，并推测为失踪，同时已通知艇员家属。

21时30分，五角大楼召开了记者会，海军作战部部长安德森上将指出：“若潜艇沉没于8400英尺深的海底，救援行动将面临极大困难。”

从4月10日晚至4月11日上午，一支庞大的搜救舰队已在科德角以东220海里的大西洋海域集结。这支搜救队伍包括了“诺福克”号驱逐领舰、“云雀”号潜艇救援舰、“复原”号打捞舰、“海狼”号核潜艇、“似深海鲑”号常规潜艇。

此外，驱逐领舰“亚内尔”号、驱逐舰“华莱士·L·林德”号在4月10日夜加入搜救行列；驱逐舰“布兰迪”号、“塞缪尔·B·罗伯茨”号、“沃灵顿”号、“沙利文”号，潜艇救援舰“太阳鸟”号以及伍兹·霍尔海洋研究所的海洋调查船“亚特兰蒂斯II”号也在4月11日上午陆续抵达。

搜救行动由舰队油轮“沃卡莫”号提供后勤支援，并由大西洋舰队潜艇司令部副司令劳森·P·拉姆齐少将统一指挥。

在4月13日至4月15日期间，美国海军的海洋调查与救援船只“阿勒格尼”号、“链”号、“康拉德”号、“吉利斯”号、“卡皮斯特拉诺传道所”号、“普雷沃”号、“必须”号以及“罗克韦尔”号相继抵达，以支援“亚特兰蒂斯II”号。

到了6月中旬，搜索队伍已经打捞到一些可能与“长尾鲨”号有关的物品，并利用海底探测设备拍摄了超过500张水下图像。尽管进行了判定和解读，这些物品与“长尾鲨”号的关系仍无法直接确认。

考虑到“长尾鲨”号沉没于8400英尺深的海底，这一深度超出了大多数救援设备和潜水器的最大潜深能力。

唯一例外的是深潜器“的里雅斯特”号，它在1960年1月于马里亚纳海沟创下了下潜深度35800英尺的世界纪录，对于“的里雅斯特”号而言，8400英尺的深度只是轻而易举。

1963年4月24日，美国海军的“的里雅斯特”号深潜器在圣迭戈被慎重地装载至运输舰“蔑视角”号。

随后，“蔑视角”号载着深潜器穿越巴拿马运河，并于4月26日抵达波士顿。卸载“的里雅斯特”号后，相关人员着手将其恢复至工作状态。

5月5日，在唐纳德·克奇少校的领导下，该深潜器在波士顿港60海里外的海域，进行了下潜测试，深度达到702英尺，随后被拖回波士顿港，准备进行24小时的待命。

5月30日，海军官方消息指出，正在积极筹备“的里雅斯特”号尽快投入行动。随后，气象专家依据6月份的天气状况，预定6月10日为“的里雅斯特”号出动的时间。

计划在6月1日突然被取消，原因是当时搜索舰队，所发现的残骸和照片经鉴定后，均与“长尾鲨”号无关。

6月19日，美国海军宣布“的里雅斯特”号将执行一次“试探性潜水”，该潜水行动将在搜索舰队发现大量“水下杂物”的海域进行，目的是寻找“长尾鲨”号的残骸。

6月23日上午，打捞舰“保护”号将“的里雅斯特”号拖曳，并在船坞登陆舰“斯内林堡”号的护航下，抵达了搜索海域。

6月24日的清晨，艇长克奇少校与圣迭戈海军电子实验室的科学家肯尼斯·麦肯齐一同登上“的里雅斯特”号潜艇。

由于突发故障，潜艇无法立即下潜，直至10时35分才成功入水——经过1小时25分钟的等待，潜艇于12时浮出水面，报告称“未发现任何关键物品”。

尽管如此，现场指挥官弗兰克·安德鲁斯上校对首次下潜的表现表示满意。

6月26日的上午，潜艇展开了第二次下潜任务。克奇少校将指挥权交给了副艇长乔治·马丁上尉，麦肯齐继续担任观察员。

此次下潜计划持续6小时，其中海底作业4小时，上升和下降各1小时，这一时间是根据“的里雅斯特”号的自持力极限计算的。这次下潜同样未能发现“长尾鲨”号的残骸，在接近极限下潜时间时，马丁上尉只能操作深潜器上浮。

6月27日的第三次深潜作业中，克奇少校再次掌舵。

这次，他们在海底发现了一只黄色橡胶鞋套，上面印有清晰的“SSN”字样，右侧数字序列中首个数字被识别为“5”，其余部分因折叠无法辨认。

此外，他们还在海底找到了大量纸张和其他碎片。这一发现令搜索人员充满期待，安德鲁斯上校谨慎地推测，这个鞋套可能源自“长尾鲨”号。

6月29日，在马丁上尉的操控下，“的里雅斯特”号携麦肯齐及尤金·J·卡什少校进行第四次深海探险。在下潜至发现手套的海域，他们又发现了大量纸张和鞋套，以及两个看似非自然形成的大坑。

当潜水器携带海底拍摄照片上浮后，安德鲁斯上校分析后认定，这两个大坑非自然形成，很可能是由强大力量撞击海底造成的。

6月30日，安德鲁斯上校亲自乘坐深潜器，由克奇少校操控，与麦肯齐一同下潜。然而，此次下潜过程并不顺利，由于罗盘故障，他们无法确定水下方位，被迫上浮。

修复故障后，潜水器再次下潜，但此时水下能见度极低，观察窗外一片漆黑，无奈只能再次上浮。

7月1日，“保护”号在“斯内林堡”号的护航下，将“的里雅斯特”号拖回波士顿进行维修和检查。

“阿勒格尼”号、“链”号、“康拉德”号、“卡皮斯特拉诺传道所”号、“普雷沃”号、“必须”号、“罗克韦尔”号和“亚特兰蒂斯II”号也陆续返回。

在此期间，仅剩“吉利斯”号拖着“T-AGOR-11”号深海相机，继续对相关区域海底进行搜索。

在“的里雅斯特”号在波士顿进行维修期间，其他船只如“阿勒格尼”号、“链”号、“康拉德”号、“卡皮斯特拉诺传道所”号、“普雷沃”号、“必须”号和“罗克韦尔”号，于7月7日至7月10日陆续回到“长尾鲨”号事故区域，继续执行搜索任务。

其中，“阿勒格尼”号在搜索区域海底投放了1441个信标，以辅助“的里雅斯特”号后续行动。同时，“吉利斯”号加快了海底地形图的绘制，为“的里雅斯特”号的下一步行动提供依据。

8月15日，“保护”号将“的里雅斯特”号拖回搜索区域，但受恶劣天气影响，直到8月23日，克奇少校带领麦肯齐进行第六次下潜作业。

由于海中冷水层和导航设备故障，下潜作业仅持续了3小时15分钟，其中海底作业不足1小时，未发现新线索。

随着台风“比尤拉”逼近，为避免风险，“斯内林堡”号和“保护”号将“的里雅斯特”号拖至加拿大新斯科舍省谢尔伯恩避风，而“吉利斯”号则继续坚守岗位。

8月21日，“吉利斯”号发来电报称“比尤拉”不会对搜索区域船只构成威胁，随后“斯内林堡”号和“保护”号将“的里雅斯特”号拉回搜索区域。但据通知，北大西洋将进入风暴频发的夏秋之交，搜索行动需加快。

8月27日，“的里雅斯特”号进行第七次潜水作业，在海底停留了3小时25分钟，但依然无果。

8月28日，第八次潜水作业在海底停留了3小时40分钟，他们终于在“长尾鲨”号残骸所在的海底找到了线索。克奇少校形容残骸如同废车堆放场，随后他操纵机械臂捞起了57英寸长的铜管，上面附着着一块金属板残片。

经鉴定，这段残骸来自“长尾鲨”号厨房空气过滤器，管子上清晰印有SSN593的编号，这是“的里雅斯特”号找到的第一块确属“长尾鲨”号的残骸。

此外，麦肯齐还捕捉到了一块带有吃水线标识的较大金属板块的图像。经鉴定，这块金属板可能是潜艇前部或后部的艇体壳板，这是因为吃水线的标记通常位于艇首或艇尾区域。

在8月29日进行的第九次潜水任务中，潜水员们在海底停留了长达4小时。他们成功打捞到了一些橡胶垫片以及一个已经生锈的支架。

此外，他们还捕捉到了“长尾鲨”号潜艇的方向舵和艇首声呐的残骸。

9月1日，第十次海底探险活动因电池故障，在持续了1小时40分钟后被迫终止。由于天气原因，随后的几天内未再进行新的潜水作业。

9月4日，“保护”号拖曳“的里雅斯特”号，并在“斯内林堡”号的伴随下返回波士顿。同日晚上，安德鲁斯上校和克奇少校乘坐专机前往华盛顿，向肯尼迪总统汇报情况。

9月5日中午，五角大楼发布声明：“‘长尾鲨’号的部分结构已被‘的里雅斯特’号深潜器发现，搜索工作已暂时结束，现场未发现遇难者遗体。”

在随后的记者会上，安德鲁斯上校和克奇少校，展示了捞起的金属管道和麦肯齐拍摄的带有吃水线标记的船壳板照片，以证实“长尾鲨”号的位置。

事后，安德鲁斯上校和克奇少校荣获海军嘉奖勋章，麦肯齐和指导搜索行动的麦克斯韦博士获得高级平民成就奖。

1963年6月，美国海军部公布了调查委员会对“长尾鲨”号核潜艇失事的调查结论：“机舱内突然大量进水，被认为是‘长尾鲨’号于1963年4月10日在科德角以东200海里处沉没的最可能原因。”

海军坚信，最可能的原因是“长尾鲨”号海水系统局部故障，且可能发生在机舱范围内。巨大压力下海水涌入舱室，造成猛烈水雾，导致输电网络失效和潜艇失去动力。

潜艇速度下降后开始下沉，迅速超过临界深度，最终停留在8400英尺深的海底，艇壳因承受不住强大水压而发生内爆。

关于事故原因，有分析认为可能是当时美苏军备竞赛激烈，潜艇建造过程中过分追求速度和便捷，忽视了质量管理，最终导致了悲剧。

一个旁证是，一个曾参与“长尾鲨”号建造的工人在事故二十多年后向媒体透露，由于建造时间紧迫，许多管路的质量检测未能严格执行，仅对易于接近的接点进行了检验，而遮挡住的接点则未进行检查。

当时“长尾鲨”号有145个压载水舱管路接受检查，其中20个通过了简易的净力检查，但未通过昂贵耗时的超音波检查，其余几百处管路则根本未进行超音波检查。