Через 15-20 секунд произошел второй взрыв в том же районе. Командир с разрешения начальника штаба спустился на ГКП для управления борьбой за живучесть корабля, оставив на ходовом мостике вахтенного офицера. Через 20-30 секунд произошли еще два взрыва — третий и четвертый, опять в кормовой части корабля. Первые предположения о причине взрыва были двойственными — взрываются или пусковые баллоны в кормовом машинном отделении (баллоны со сжатым воздухом для запуска главных двигателей) или ракеты в погребе кормовой зенитной ракетной установки.
Была сыграна «аварийная тревога», командир скомандовал: «Командирам боевых постов и командных пунктов доложить о наличии дыма, огня и воды в своих помещениях». Были получены доклады, что нет связи с кормовой машиной, кормовым ракетным погребом, кормовой аварийной партией и кормовой башней, а также данные о состоянии помещений, расположенных к носу от кормовой машины. Началась борьба за живучесть корабля, направленная прежде всего на локализацию возникшего пожара. Посланный командиром для визуальной оценки повреждений и состояния кормовой части корабля старший помощник доложил, что разорван кормовой ракетный погреб, пусковая установка зенитных ракет взрывами заброшена в район кормовых труб. В погребе сильный пожар, огонь продвигается в кормовую машину и в корму, в район артиллерийской установки и артиллерийского погреба. Командир доложил обстановку начальнику штаба флота и по установленной форме, по таблице установленных сигналов, на КП флота и своего соединения. Кроме того, лично через аэродром, с которым поддерживалась прямая связь, передал о взрыве и большом пожаре, передал на КП флота просьбу срочно доставить на вертолетах пенообразователь или углекислоту в баллонах для сброса их в кормовой погреб. Один из малых ракетных кораблей по просьбе командира подошел к кормовой части бпк, снял часть личного состава с верхней палубы, а также поднял с воды несколько человек, сброшенных взрывами. Привлечь малые ракетные корабли к тушению пожара в кормовой части корабля не решились, так как на них тоже находились и боевые ракеты, и артиллерийский боезапас, и топливо, а вероятность последующих взрывов была не исключена…
Совместными усилиями корабля и пожарно-спасательного судна «ПЖС-123», которое подошло к левому борту «Отважного», удалось остановить распространение огня, пожар стал ослабевать. Но, к сожалению, запасы пенообразователя и на «Отважном», и на «ПЖС-123» оказались явно недостаточными для ликвидации сильного пожара, и он вновь стал распространяться, особенно в кормовую часть корабля. Как показало время, одной воды из пожарной магистрали корабля и даже очень мощных средств водотушения ПЖС оказалось недостаточно, чтобы справиться с огнем. Удалось лишь остановить его распространение в носовую часть, а корма была почти беззащитна от усиливающегося наступления огня. Командир в этой обстановке обоснованно опасался за судьбу кормового погреба и авиационного топлива, тоже находившегося в корме, но тем не менее не забыл предупредить спасательное судно, чтобы не лили воду во внутренние помещения безрасчетно, что могло привести к ухудшению остойчивости корабля. Предусмотрительно и своевременно освободился командир и от боевых торпед, когда огонь кормовых труб стал угрожать торпедной площадке, где находились торпеды.
Одновременно с борьбой с пожаром производилась буксировка корабля подошедшими эсминцем «Сознательный», а затем ракетным кораблем «Бедовый». Цель буксировки — вывести «Отважный» с больших глубин на мелководье в районе Севастопольского рейда. На корабле рассматривался вариант дачи хода носовой машиной, которая была в строю, но после изучения возможных последствий отказались от этого решения: от взрыва линия вала могла быть деформирована, при даче хода это неизбежно привело бы к нарушению герметичности коридора линии вала, к поступлению дополнительного большого количества воды и к потере оставшегося небольшого запаса плавучести. К моменту прибытия кораблей для буксировки были затоплены уже три отсека.
Как показало последующее водолазное обследование затонувшего корабля, предположения командира и командира БЧ-5 корабля были обоснованными: кормовая часть была почти оторвана и «висела на линии валов», как выразились водолазы, в корпусе корабля были большие разрывы с обоих бортов.
Расчеты непотопляемости, произведенные на КП БЧ-5, показывали, что корабль находится в критическом состоянии. По приказанию начальника штаба флота к борту подошел эсминец «Сознательный», на него была перегружена секретная документация и техника, пересажены некоторые офицеры штаба и часть личного состава. На этом эсминце находился командир бригады кораблей, в которую входил «Отважный», капитан 1 ранга Л. Макаров, но на борт поврежденного корабля он не перешел.