Вице-президент Чо приземлился в Токио приблизительно в 13.00 по местному времени. Но дальше он никуда не вылетел. По прибытии его ожидали плохие новости, которые делали бессмысленными все попытки вернуть пассажиров самолета. Примерно в полдень Министерство иностранных дел СССР проинформировало японское посольство в Москве, что рейс 007 не приземлился на Сахалине и они не имеют никаких сведений о местонахождении самолета. Оставалось только ждать. Но чего? Вице-президент Чо был уверен, что у самолета кончилось горючее и он больше не находится в воздухе. Помимо ложной информации о приземлении самолета на Сахалине Чо не получил больше никаких новых сведений о его положении и начал опасаться, что самолет разбился. Поползли тревожные слухи.
Японский военный радар зафиксировал активность над Сахалином, первоначально интерпретированную операторами как попытку перехвата, вслед за которой последовала вынужденная посадка. Более поздний анализ данных радара показал, тем не менее, что эта информация относилась не к полету одиночного самолета, описывавшего крути над Южно-Сахалинском, а к нескольким самолетам, один из которых исчез с экрана в 03.29. Соответственно, японское оборонное агентство (JDA) сообщило об исчезновении неизвестного самолета к западу от Сахалина, неподалеку от островка Монерон. Для поисков самолета японское агентство морской безопасности (JMSA) послало самолеты и два патрульных судна, «Ребун» и «Сарубетсу».
В момент получения приказа следовать в точку с координатами 46°30’N, 141°30’Е, в которой неизвестный самолет исчез с экранов радаров, «Ребун» находился в море. Часом позже он вышел в район, находящийся в 14 морских милях к северо-северо-востоку от Монерона, где заметил три советских военных корабля, сопровождавших грузовое и рыболовное суда. Все эти суда собирали обломки с океанского дна. Грузовое судно спустило две лодки, и все выглядело так, как будто команда пыталась вытащить большие, тяжелые объекты. Через несколько лет выяснилось, что рыболовное судно называлось «Уваровск» и находилось под командованием капитана Билюка, возвращавшегося из семимесячного рыбного промысла в Индийском океане. Увидев «Ребун», советское судно подняло флаги, обозначающие «Оставаться на месте. Не приближаться». Для того, чтобы быть уверенным в том, что «Ребун» понял этот сигнал, судно начало двигаться зигзагом перед самым его носом. В то же самое время одно из советских военных судов подошло ближе с расчехленными орудиями. Командир «Ребуна» приказал продолжать патрулирование, не мешая действиям советских судов. Позднее он признал, что был сильно напуган.
На суше диспетчер в Нарита не получал никаких известий от корейского самолета начиная с 03.27. В соответствии со стандартной процедурой была объявлена тревога и предприняты попытки обнаружить самолет. Затем была приведена в действие процедура спасения терпящих бедствие. Спасательный флот и две группы самолетов были направлены к месту последней известной позиции рейса 007, контрольной точке NOKKA на маршруте ROMEO 20, проходящем над северной частью Тихого океана. Спасательный флот включал в себя эскортные суда «Ои», «Ишикари» и «Юбари», минный тральщик «Оуми» и еще один тральщик из 47-й эскортной группы, в сопровождении нескольких самолетов P2J, используемых для морских спасательных операций. В составе спасательного флота также находилась группа JMSA, состоящая из восьми судов и четырех самолетов. Существовала вероятность того, что «Боинг-747» был вынужден совершить аварийную посадку, в этом случае в воде могли оказаться выжившие. Флот на полной скорости вышел в открытое море, в надежде как можно быстрее спасти пострадавших.
Поиски рейса 007 вблизи контрольного пункта NOKKA вдоль маршрута R-20 между Анкориджем и Сеулом не дали никаких результатов и были прекращены ночью 2 сентября. Никто не знал, что случилось с самолетом. Был ли он перехвачен над Сахалином? Был ли сбит поблизости от острова Монерон? Отозвав поисковые операции в Тихом океане, JMSA удвоило усилия в зоне вокруг Монерона, где к тому времени находилось уже более двадцати судов, самолетов и вертолетов. Контр-адмирал Исаму Имамура, который руководил операциями из Вакканая, был сбит с толку. Несмотря на три дня интенсивных поисков, не было найдено ни одного следа корейского самолета или его пассажиров. Это было попросту невероятно. Обычно, когда большой самолет — а «Боинг-747» один из самых больших — падает в море, находят множество обломков и человеческие тела, плавающие на поверхности. Часто есть выжившие. Но на этот раз — ничего. Ни малейшего обломка, ни мельчайшего следа. Контр-адмирал не мог скрыть своего раздражения.