Когда в 04:40 рейс 607E не вышел на связь, диспетчеры объявили "Ситуацию неопределенности". Еще через полчаса была объявлена "Чрезвычайная ситуация" и начались поиски авиалайнера. Затем в 06:40 из Гандера пришло сообщение, что установлена связь с рейсом 607E, поэтому поиски были прекращены. Но через два часа в 08:47 диспетчеры в Гандере признали свою ошибку, когда решили, что связь с голландским самолетом была установлена. Массовые поиски были возобновлены и в 13:45 экипаж бомбардировщика Shackleton Королевских ВВС обнаружил в 120 милях к северу от побережья Ирландии плавающие на воде обломки и наполовину надутую спасательную шлюпку (лопнула при ударе о воду). Первыми к месту падения прибыли французское рыболовецкое судно "Jules Verne" и испанский траулер "Bisson". Они достали из воды несколько тел и доставили их в Голуэй. Также вскоре к месту падения прибыли и остальные суда, которые подобрали из воды различный мусор, включая элементы носового шасси, сидения, панели отделки салона. Всего из воды было извлечено 34 тела (8 мужчин, 25 женщин и 1 ребенок) из которых были опознаны только 12. По остановившимся часам трех человек было определено, что катастрофа произошла между 03:45 и 03:55 (впоследствии интервал был определен как между 03:45 и 03:50). Не было найдено ни одного выжившего, все 99 человек на борту погибли.

Как показала экспертиза обнаруженных тел, они не были пристегнуты, что свидетельствовало о скоротечности события, причем экипаж даже не успел передать сигнал бедствия. Также выяснилось, что жертвы к моменту падения в воду уже были мертвы. В связи с этим, в СМИ достаточно быстро набрала популярность версия о взрыве бомбы на борту, при этом усматривалась связь с произошедшим 14 июля 1958 года военным переворотом в Ираке. Однако следователи не нашли никаких убедительных фактов в пользу этой теории. Не было найдено никаких следов взрыва или пожара. Куда более вероятной выглядит версия, что произошел сбой в работе одного из крайних двигателей, когда из-за загрязнения металлическими частицами масла в контуре, регулятор оборотов винта данного двигателя изменил шаг лопастей, в результате чего винт вышел на режим завышенной силы тяги, что привело к потере управления. К тому же, такое уже не раз наблюдалось на данных самолетах, в том числе и в самой KLM.
9 июня 1961 года голландский Совет по аэронавтике закончил расследование по результатам которого заявил, что не может назвать точную причину катастрофы. Наиболее вероятно, что произошел сбой в работе регулятора оборотов одного из крайних винтов, что вскоре привело к потере управления, а экипаж не успел вмешаться и предотвратить это отклонением элеронов и руля направления из-за скоротечности ситуации. По мнению Совета, нет никаких оснований считать, что возникшая предполагаемая неисправность была вызвана халатным отношение обслуживающего персонала, либо неправильными мерами, принятых экипажем, либо ошибками в пилотировании после появления неисправности.

По рассказам очевидцев, сильный толчок сбросил с места всех ехавших в поезде. После первого толчка последовал страшный треск, затем произошел второй толчок, ещё сильнее первого, а после третьего, тихого, толчка поезд остановился.
Перед глазами уцелевших от крушения предстала ужасная картина разрушения. Все бросились разыскивать императорское семейство и вскоре увидели царя и его семью живыми и невредимыми. Вагон с императорской столовой, в которой находились Александр III и его жена Мария Федоровна с детьми и свитой, был полностью разрушен: без колес, со сплюснутыми и разрушенными стенами, он полулежал на левой стороне насыпи; крыша его лежала частью на нижней раме. Первым толчком повалило всех на пол, а когда после разрушения пол провалился и осталась одна рама, то все оказались на насыпи под прикрытием крыши. Утверждают, что Александр III, обладавший недюжинной силой, держал на плечах крышу вагона, пока семья и другие пострадавшие выбирались из-под обломков.
Обсыпанные землей и обломками, из-под вагона выбрались император, императрица, цесаревич Николай Александрович - будущий российский император Николай II, великий князь Георгий Александрович, великая княжна Ксения Александровна, лица свиты, бывшие приглашенными к завтраку. Большинство пассажиров этого вагона отделалось легкими ушибами, ссадинами и царапинами, за исключением флигель-адъютанта Шереметева, которому раздробило палец руки.
Во всем поезде, состоявшем из 15 вагонов, уцелело только пять, остановившихся от действия автоматических тормозов Вестингауза. Остались целыми также и оба паровоза. Вагон, в котором находились придворно-служащие и буфетная прислуга, был совершенно уничтожен, и все находившиеся в нем убиты наповал и найдены в обезображенном виде - 13 изуродованных трупов были подняты с левой стороны насыпи из остатков этого вагона. В вагоне царских детей в момент крушения находилась лишь великая княжна Ольга Александровна, выброшенная вместе со своей няней на насыпь, и малолетний великий князь Михаил Александрович, вынутый из обломков солдатом при помощи самого государя.
Весть о крушении императорского поезда быстро разнеслась по линии, и помощь спешила со всех сторон. Александр III лично распоряжался извлечением раненых из-под обломков разбитых вагонов. Императрица с медицинским персоналом обходила раненых, подавала им помощь, всячески стараясь облегчить больным их страдания, несмотря на то что у нее самой повреждена была рука выше локтя и что она осталась в одном платье. На плечи царицы накинули офицерское пальто, в котором она и оказывала помощь.
Всего пострадало при крушении 68 человек, из них 21 человек погиб. Только в сумерки, когда все убитые были опознаны и не осталось без помощи ни одного раненого, царская семья села во второй прибывший сюда царский поезд (свитский) и отбыла на станцию Лозовую, где ночью было отслужено первое благодарственное молебствие за чудесное избавление царя и его семьи от смертельной опасности. Затем императорский поезд отбыл в Харьков для дальнейшего следования в Санкт-Петербург.

С ведома царя расследование причин катастрофы в Борках было поручено прокурору уголовного кассационного департамента Сената А.Ф.Кони. Основной версией было крушение поезда в результате ряда технических факторов: плохого состояния пути и повышенной скорости поезда.
Были привлечены к следствию и уволены в отставку министр путей сообщения адмирал К.Н.Посьет, главный инспектор железных дорог барон К.Г.Шернваль, инспектор императорских поездов барон А.Ф.Таубе, управляющий Курско-Харьковско-Азовской железной дорогой инженер В.А.Кованько и ряд других лиц. Через несколько месяцев незавершенное расследование было прекращено по высочайшему повелению.