Анализ расшифровки показаний «черного ящика» свидетельствует, что полет самолета продолжался 5 часов 26 минут 18 секунд. С 4-й минуты 18-й секунды и высоты 1450 м полет выполнялся с помощью автопилота, в режиме автоматической стабилизации магнитного курса примерно 246 градусов, без подключения инерциальных систем к автопилоту в течение всего полета (при этом основной режим полета над океаном — автоматическое управление от инерциальных систем). Высота полета составляла последовательно 9450, 10050 и 10650 м, а воздушная скорость 910—920 км/ч. На всем протяжении полета инерциальные системы находились в работоспособном состоянии; экипаж, используя их показания, регулярно докладывал на наземные пункты управления (в основном через самолет КАЛ-015) о расчетном и якобы фактическом времени пролета поворотных пунктов маршрута, расположенных на международной трассе, о направлении и скорости ветра, остатке топлива, чем заранее готовил неопровержимое, с точки зрения экипажа, алиби. Даже в момент декомпрессии (аварийная ситуация после попадания ракет — в 6.24.56 1 сентября по сахалинскому времени и 22.24.56 31 августа по московскому времени) экипаж ничем не выдал преднамеренного характера отклонения от маршрута (на последнем участке удаление от международной трассы составляло до 660 км, при этом фактическая линия пути самолета в районах Камчатки и Сахалина, по данным аварийного самописца, в основном совпадает с проводкой войск ПВО СССР).
8 декабря 1992 года в Москве начали совместную работу эксперты Южной Кореи, Японии, США, России и ИКАО по изучению записей бортовых самописцев. Одним из первых шагов российской комиссии стала поездка на остров Сахалин с целью найти следы поднятых с морского дна личных вещей и документов погибших пассажиров (таких предметов было поднято много). Членам комиссии удалось найти свидетелей, а потом и место захоронения кусков обшивки самолета, какие-то кроссовки, куртки, фотоаппараты, магнитофоны, книги, документы. Все это сбросили в большую силосную яму в «закрытой» точке острова и подожгли; при этом использовано две бочки солярки.
10 января 1993 года в рамках обеспечения работы международной комиссии представитель России — председатель российской государственной комиссии по расследованию гибели «Боинга» Юрий Петров — вручил в Париже генеральному секретарю ИКАО Филиппу Роша весь пакет документов, относящихся к трагедии.
Одновременно с этим в Оттаве (Канада) экспертной группой проводилась расшифровка записей, представленных японской стороной. 14 июня 1993 года Советом ИКАО опубликован многостраничный доклад по результатам расследования обстоятельств трагедии. В разделе «Выводы» отмечено:
3.12. Летный экипаж КАЛ-007 не выполнил надлежащих навигационных процедур, которые обеспечивают выдерживание воздушным судном заданной линии пути в течение всего полета. (Не обнаружено каких-либо данных, свидетельствующих о том, что экипаж знал об отклонении от запланированного маршрута, несмотря даже на то, что это отклонение имело место в течение пяти часов. Все это время для управления использовался автопилот, при этом по плану полета требовалось 9 раз менять магнитный курс. Эксперты ИКАО предположили, что, по всей видимости, у членов экипажа «Боинга», которым в предшествующие несколько недель приходилось много и интенсивно летать, пересекая по несколько раз часовые пояса с огромной разницей во времени, внимание, сосредоточенность, способность адекватно оценивать ситуацию ослаблены. Рутинные операции — вроде сверки показаний различных приборов, «держащих» маршрут, — казались им не очень обязательными. Экипаж всецело полагался на автопилот. Экипаж не знал также и о присутствии истребителей-перехватчиков. Автопилот отключен только после того, как «Боинг» уже был подбит.)
3.19. По данным представителей США, военным радиолокационным постам на Аляске не было известно в реальном времени о том, что воздушное судно следовало в западном направлении с нарастающим отклонением к северу (то есть КАЛ-007 прошел через опознавательную зону американской ПВО без специального разрешения…).
3.32. Командование ПВО СССР сделало вывод, что КАЛ-007 — разведывательное воздушное судно RC-135 США, перед тем как отдало приказ о его уничтожении. Советской стороной не предприняты исчерпывающие усилия по опознанию воздушного судна, хотя оставались сомнения относительно его принадлежности и типа.
3.33. Военные радиолокационные посты оборонного ведомства Японии располагали информацией о том, что какое-то воздушное судно следует в воздушное пространство СССР над островом Сахалин. По данным представителей Японии, они не знали, что это гражданское воздушное судно, отклонившееся от заданной линии пути (КАЛ-007 обнаружен радиолокационными станциями сил самообороны Японии за 14 минут до гибели, с кодом вторичного ответчика 1300, а не 2000, как положено. Это обстоятельство не позволило ПВО Японии своевременно опознать КАЛ-007).