Последующее расследование показало, что с 3-й по 10-ю секунды полета система контроля параметрами работы двигателей КОРД ошибочно отключила 12-й и 24-й двигатели блока "А", но ракета-носитель продолжила полет с двумя отключенными двигателями. На 66-й секунде из-за сильной вибрации оборвался трубопровод окислителя одного из двигателей. В кислородной среде начался пожар. Ракета могла бы продолжить полет, но на 70-й секунде полета, когда она достигла высоты 14 км, система КОРД отключила сразу все двигатели блока "А", и "Н-1" упала в степь.
Второе испытание "Н-1" ("5Л") с автоматическим кораблем "11Ф92" и макетом "ЛК11Ф94" состоялось 3 июля 1969 года. Это был первый ночной старт "Н-1". В 23:18 ракета оторвалась от стартового стола, но когда поднялась немного выше молниеотводов (через 0,4 секунды после прохождения команды "контакт подъема") взорвался восьмой двигатель блока "А". При взрыве была повреждена кабельная сеть и соседние двигатели, возник пожар. Подъем резко замедлился, ракета начала наклоняться и на 18-й секунде полета упала на стартовый стол. От взрыва разрушился стартовый комплекс и все шесть подземных этажей стартового сооружения. Один из молниеотводов упал, свернувшись спиралью. Башня обслуживания высотой в 145 м сдвинулась с рельсов.
Анатолий Федорович Воронов (1930–1993) вспоминал, что в тот раз при подготовке к запуску присутствовали космонавты. Они поднимались на самый верх огромной ракеты, осматривали и изучали лунный ракетный комплекс. Поздно вечером они наблюдали за стартом из гостиницы: "Вдруг вспыхнуло, мы успели сбежать вниз, и в это время ударной волной выбило все стекла. После падения ракета взорвалась прямо на стартовой площадке…"
Причиной взрыва стало попадание постороннего предмета в кислородный насос двигателя № 8 за 0,25 секунды до подъема. Это повлекло взрыв насоса, а затем и самого двигателя.
Двух катастроф "Н-1" по вине низкой надежности первой ступени было вполне достаточно, чтобы заговорить о необходимости изменений в процессе подготовки ракеты к старту. Конструкторам ЦКБЭМ пришлось признать, что стратегия отработки нового носителя выбрана неправильно. Большая ракетно-космическая система должна выполнять свою основную задачу с первой же попытки — для этого все, что только можно испытать, должно быть испытано на Земле. Сама система должна строиться на основе многоразовости действия и больших запасов по ресурсу.
Однако создавать полномасштабный стенд для испытаний первой ступени было уже поздно. Поэтому ограничились введением дополнительных устройств безопасности.
Третий пуск "Н-1" ("6Л") был осуществлен с уцелевшего стартового комплекса 27 июня 1971 года. В качестве полезной нагрузки был установлен лунный ракетный комплекс с макетами "ЛОК" и "ЛК". В 2:15 ракета оторвалась от стартового стола и начала подъем. На этот раз в программе полета был предусмотрен маневр увода ракеты-носителя от стартового комплекса. После его выполнения из-за возникновения неучтенных газодинамических моментов в донной части ракета стала поворачиваться по крену с постоянным ускорением. От больших перегрузок на 49-й секунде полета начал разрушаться блок "Б", и от комплекса оторвался головной блок вместе с третьей ступенью, которые упали в 7 км от стартового комплекса. Первая и вторая ступени продолжили полет. На 51-й секунде КОРД отключила все двигатели блока "А", ракета упала в 20 км и взорвалась, образовав глубокую воронку.