Из-за недостаточной надежности новых высоконапряженных парогенераторов в этот период на ПЛА произошли две крупные радиационные аварии в связи, с чем в конце 1961 года подводная лодка была поставлена в текущий ремонт на СМП, где была произведена замена парогенераторов и активных зон ядерных реакторов. В 1964 – 1966 гг. подводная лодка интенсивно эксплуатировалась в море. В 1966 – 1968 гг. «К-8» вновь оказалась в текущем ремонте, связанном, в основном, с заменой парогенераторов, после чего возвратилась к новому месту своего базирования в поселке Островной (Гремиха). В 1969 г. «К-8» совершила поход на боевую службу. Следующий автономный поход, начатый 17 февраля 1970 г., оказался роковым. 
В 22 часа 30 минут 8 апреля 1970 г. на 51-е сутки автономного плавания на глубине 120 метров практически одновременно в двух отсеках (третьем и седьмом) возник пожар. В седьмом отсеке, судя по интенсивности пожара, вероятно, горели патроны регенерации. Экипаж подводной лодки под командованием капитана 2 ранга В. Бессонова мужественно боролся за живучесть корабля. Достаточно упомянуть лишь два эпизода. Несмотря на бушующее пламя вблизи пульта управления ядерной энергетической установкой находящиеся в нем офицеры (В.Г. Хаславский, А.С. Чудинов, Г.В. Шостаковский, Г.Н. Чугунов) обеспечили полное «глушение» ядерных реакторов, предотвратив тем самым возможность развития радиационной катастрофы у берегов Западной Европы. Эти офицеры одними из первых погибли на боевом посту.
Корабельный врач капитан медицинской службы А. Соловей во время аварии отдал свой дыхательный аппарат главному старшине Ю. Ильченко, которому сделал полостную операцию по удалению аппендицита в Норвежском море. Старшина был спасен, а врач погиб.
В ночь с 10 на 11 апреля в район аварии прибыли три судна Морского флота СССР, но из-за разыгравшегося шторма взять подводную лодку на буксир не удалось. Часть личного состава ПЛА была переправлена на судно «Касимов», а на борту «К-8» остались 22 человека во главе с командиром для продолжения борьбы за живучесть корабля. Но 12 апреля в 6 часов 13 минут в результате потери запаса плавучести и продольной остойчивости подводная лодка затонула на глубине 4680 метров в Бискайском заливе Атлантического океана. Погибли 52 члена экипажа.
Командиру подводной лодки «К-8» капитану 2 ранга Всеволоду Борисовичу Бессонову было присвоено звание Героя Советского Союза (посмертно). Погибших подводников наградили орденами Красной Звезды. Оставшиеся в живых были удостоены государственных наград. В пос. Островной (Гремиха) установлен памятник ПЛА «К-8» с именами всех погибших на ней подводников. Две улицы военного городка назвали именами командира Бессонова и капитана Соловья.
