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.

В 14:19 GMT диспетчерская вышка аэропорта Мюнхена сообщила, что самолет готов к вылету, и дала разрешение на взлет в 14:31 GMT. Однако второй пилот Кеннет Реймент, который в тот момент управлял самолетом, отменил взлет, так как командир экипажа (КЭ) Джеймс Тейн заметил колебания манометра левого двигателя при достижении самолетом полной мощности, а также необычные звуки двигателя при ускорении. Три минуты спустя была предпринята вторая попытка взлета, но через 40 секунд после начала попытки, пока самолет еще не оторвался от земли, она тоже была отменена. Причиной неудачных попыток взлета называлось чрезмерное ускорение двигателя из-за чрезмерного переобогащения топливной смеси. После второй неудачной попытки взлета все пассажиры покинули самолет, разместившись в зоне отдыха аэропорта. К тому времени ухудшились погодные условия, начался сильный снегопад, и многие пассажиры посчитали, что полет будет отменен.
КЭ Тейн сообщил инженеру станции Биллу Блэку о проблеме с повышенными колебаниями в левом двигателе. Блэк сказал, что если не срабатывает вариант медленного открытия дросселей, остается только оставить самолет на ночь для ремонта двигателя. Тейн не хотел выбиваться из запланированного графика и решил осуществить еще одну попытку взлета, предложив открывать дроссели еще медленнее. Это означало, что самолет может не достичь необходимой для взлета скорости до окончания длины взлетной полосы. Однако КЭ не счел это проблемой, так как длина взлетной полосы составляла около 2 километров, что казалось вполне достаточным. В связи с этим, даже несмотря на снегопад, пассажирам было предложено взойти на борт самолета спустя всего лишь 15 минут после того, как они его покинули.
Когда все пассажиры вернулись на борт, Тейн и Реймент предприняли третью попытку взлета: в 14:56 самолет начал движение по взлетно-посадочной полосе. В 14:59 рейс 609 достиг пункта ожидания, где получил разрешение выруливать на исполнительный старт. После последней проверки приборов в кабине экипажа в 15:02 поступило сообщение, что разрешение на взлет истекает в 15:04. После короткого обсуждения пилоты решили попытаться осуществить взлет, но внимательно следить за показаниями приборов на предмет наличия колебаний в двигателях. В 15:03 они связались с диспетчерской вышкой, проинформировав их о своем решении.
К моменту третьей попытки взлета начался сильный снегопад, из-за чего ближе к концу взлетно-посадочной полосы скопилось много снежной каши.
Реймент открывал дросселя медленно, как и было решено, и отпустил тормоза; самолет начал набирать скорость, и бортрадист Билл Роджерс сообщил об этом диспетчерской вышке. Самолет разгонялся, разбрасывая снежную кашу на взлетно-посадочной полосе, командир сообщил о превышении скорости на 10 узлов. На скорости в 85 узлов вновь начались колебания в двигателе левого борта, и Тейн минимально оттянул дроссель двигателя, после чего осторожно продвинул его вперед. Когда самолет набрал скорость 117 узлов (217 км/ч), Тейн объявил о достижении скорости "V1", то есть скорости, после которой отмена взлета становится небезопасной, и второй пилот ожидал объявления о достижении скорости "V2" (119 узлов или 220 км/ч), минимально необходимой для взлета "Амбассадора". Однако, когда Тейн взглянул на указатель скорости, ожидая её повышения, он заметил, что она колеблется в районе 117 узлов, после чего самолет влетел колесами на нетронутую снежную целину в последней трети взлетной полосы толщиной до 2 дюймов снежного покрова (аэродромные службы аэропорта Мюнхен не очистили полосу от снега). В результате этого скорость самолета внезапно упала до 112 узлов (207 км/ч), а затем до 105 узлов (194 км/ч). Реймент закричал: "Боже, мы не сможем!", а Тейн выглянул посмотреть, что находится прямо по курсу.
Самолет пронесся до конца взлетно-посадочной полосы, сделав попытку взлететь, затем пилоты потеряли управление. Самолет протаранил ограждение аэропорта и врезался в дом, в котором жила семья из шести человек. Отца и старшей дочери не было в доме в тот момент, но в доме находилась мать и трое детей, которые едва успели выскочить на улицу, так как дом загорелся. От удара у самолета оторвались левое крыло и часть хвоста, после чего левая часть кабины пилотов врезалась в дерево. Правым бортом самолет врезался в деревянный ангар, в котором стоял грузовик с горючим, которое взорвалось. 21 человек погиб на месте.
Увидев пламя вокруг кабины пилотов, командир опасался взрыва самолета и отдал приказ о немедленной эвакуации. Стюардессы Розмари Чевертон и Маргарет Беллис первыми выбрались из аварийного люка в кабине, за ними последовал бортрадист Билл Роджерс. Тейн крикнул Рейменту выбираться из кресла пилота, но второй пилот был зажат в сиденье смятым фюзеляжем. Реймент сказал Тейну выбираться наружу без него и Тейн также выбрался наружу через аварийный люк. Когда он вылез наружу, Тейн увидел пламя у правого крыла самолета, в котором находился пока еще целый бак с горючим, в котором было 2300 литров топлива. Он приказал экипажу отойти от самолета на безопасное расстояние, а сам вернулся в самолет, чтобы взять два огнетушителя, по ходу заверив Реймента, что он вернется за ним, как только потушит огонь. Вратарь "Манчестер Юнайтед" Гарри Грегг помогал раненым выбираться наружу.

В результате катастрофы погибло 23 человека: 2 - члены экипажа (второй пилот Кеннет Реймент и бортпроводник Уильям Кейбл), 8 - игроки "Манчестер Юнайтед"), 3 - тренерский штаб клуба, 8 - журналисты, 2 - туристический агент и болельщик. 19 человек были ранены.

Сразу после трагедии в качестве причины катастрофы назвали ошибку пилота. Однако впоследствии удалось выяснить, что основной причиной явилось скопление снежной каши ближе к концу взлетно-посадочной полосы, из-за чего самолет не смог набрать необходимую скорость для взлета. Именно эта причина и была названа британской стороной основной.

Несмотря на такое заключение, руководство мюнхенского аэропорта (ответственное за состояние взлетно-посадочных полос, хотя и не осведомленное об опасности, которую представляла снежная каша для самолетов типа "Амбассадор") подало иск на командира Тейна как на единственного выжившего пилота. Они обвинили Тейна в том, что он приступил к взлету, предварительно не позаботившись об удалении льда с крыльев самолета, и вина в катастрофе целиком лежит на нем, хотя это расходилось с показаниями свидетелей. Основанием для обвинения со стороны представителей аэропорта стала фотография самолета (ее опубликовали некоторые газеты), которую сделали перед самым вылетом. На ней заметны скопления снега на верхней поверхности крыльев самолета. После исследования оригинального негатива, однако, на крыльях не было видно никакого снега или льда; эффект "снега" возник из-за того, что опубликованные фотографии были напечатаны с копии негатива.