A váratlan helyzettől megriadt gépszemélyzetnek attól a pillanattól kezdve, hogy a robotpilóta kikapcsolt, manuálisan kellett vezetnie a repülőgépet.
A gép repülési adatairól eközben kritikus információk egész sora jelent meg a digitális kijelzőn a pilóták előtt.
Az első tiszt ülésében a 36 éves Pierre-Cédric Bronin ült, neki kellett manuálisan tartania a repülési útvonalat, amíg a kollégája, a jóval több repülési órával rendelkező David Robert megpróbálta diagnosztizálni az egyre terebélyesedő problémákat. (Az 58 éves nagy tapasztalatú Dubois kapitány ekkor nem volt a pilótafülkében, mert éppen a pihenőidejét töltötte.)
Bronin megpróbálta ugyan stabilizálni a repülőgépet, de csak rontott a helyzeten,
aminek valószínűleg a sorozatos problémák szülte zavarodottsága valamint a tenger feletti repülőgépvezetésben való tapasztalatlansága, továbbá az automatikus védelem csökkenése játszott szerepet.
A nagy magasságban sokkal szigorúbb az automatikus védelmi rendszer, mint alacsonyabb magasságokon, ezért ott a pilóták ritkán is repülnek kézi vezérléssel. Amikor a robotpilóta kikapcsolt, a repülőgép enyhén jobbra dőlt, amit Bonin ugyan megpróbált korrigálni, de mivel idegességében jobban kitérítette a kelleténél a kormányt,
így a gép számtalanszor élesen jobbra-balra dőlt,
ahogy Bonin ide-oda mozgatta a joystickot. Ráadásul ezzel egyidejűleg még hátra is húzta a kart, ami miatt a repülőgép orra meredeken felemelkedett.
A megengedhetetlenül nagy állásszög megnövelte a gép közegellenállását, ami miatt az Airbus átesett és gyorsan süllyedni kezdett,
csaknem szabadesésben közeledve a koromsötétbe burkolózott óceán felszíne felé.
( A repülőgép átesése -stall - azt jelenti, hogy megszűnik az aerodinmikai felhajtóerőhöz szükséges levegőáramlás a félszárnyakon. Minél magasabban repül a gép, a ritka levegő mitt annál közelebb kerül az átesési sebesség az utazósebességhez, a szerk.) Már javába szólt az átesésre figyelmeztető hangjelzés, amikor az addig pihenőben lévő Dubois kapitány berontott a pilótafülkébe.
Amikor a pihenőjéből felriadt kapitány visszatért a pilótafülkébe, a gép már csak alig 600 méterre volt az óceán felszínétől. A helyzetet könnyen meg lehetett volna menteni, ha Bronin elsőtiszt felismerve az átesési helyzetet, még megfelelő magasságban az ilyenkor szokásos eljárást követve lefelé nyomja a gép orrát.
(Átesésnél a gépet enyhe zuhanásba kell vinni, ami miatt ismét felerősödik a légáramlás a félszárnyakon, és ezzel helyreáll a gép repülőképessége, a szerk.)
De a pánikba esett Bronin hátrahúzva tartotta a kormányt és nem jött rá, hogy a gép átesési helyzetbe került. Az ezzel együtt járó rázkódást tévesen úgy értékelte - a fals sebességi adatokból kiindulva, és figyelmen kívül hagyva az átesésjelző figyelmeztetését -, hogy a gép kritikusan nagy sebességgel repül, ami miatt le kell fékezni.
Sem Bronin, sem Robert, sem pedig a gépparancsnok, az esemény 90-edik másodpercében a pilótafülkébe visszatérő kapitány, Marc Dubois nem ismerte fel a többszörös jelek ellenére sem az átesési helyzetet. A zűrzavarban Bronin félreértelmezte a helyzetet, és mivel úgy vélte, hogy a repülőgép túl gyorsan repül,
ezért csökkentette a tolóerőt valamint kiengedte a légi fékeket, az interceptorokat
(a szárnyakon lévő svájci bicska módjára kinyíló spoilereket, amik megnöveli a légellenállást, a szerk.), ez pedig pont az ellenkezője volt annak, mint amit kellett volna tennie, hogy kivegye a gépet az átesésből.
A kapitány azt javasolta, hogy hozzák alaphelyzetbe a szárnyakat, miközben nem tudták eldönteni vajon emelkednek, vagy süllyednek-e. ( A túlzott magasságra figyelmezetető jelzés is megszólalt korábban, a szerk.) A pilóták dolgát az is megnehezítette, hogy a kormsötét óceán felett repültek,
így nem volt vizuális támpontjuk a gép helyzetének a felsimerésére.
A kapitányi ülésben helyet foglaló Robert első tiszt 2.500 méteren átvette az irányítást, mert felülbírálva Bronint, és helyesen felismerve, hogy átesésbe került a gép, megpróbálta lefelé nyomni az Airbus orrát, de ennek ellenére Bronin is tovább fogta a sidestickot, és felefelé emelte a gépet, Robert ellenében dolgozva.
A fekete doboz rögzítette pilóták kétségbeesett párbeszédét: "Emelkedj...emelkedj...emelkedj... - kiabálja a felvételen Robert. Mire Bronin: - "De hiszen végig felfelé húztam az orrát!" A kapitány csak ekkor jött rá, hogy mi a baj és kiadta az utasítást hogy nyomják le azonnal a gép orrát, de ekkor már késő volt. Az AF 447-es járata belecsapódott az Atlanti-óceánba, 228 embert ragadva magával a halálba.
Egy szimulációs gyakorlat a baleset után bizonyította, hogy pilóta inputok nélkül az AF-447-es járat a robotpilóta kikapcsolása után is az utazómagasságon maradt volna.
A pilótáknak számos körülmény jelezte az átesési vészhelyzetet, így különösen a gép rázkódása, de legfőképp az átesésjelző megszólalása, ám képtelenek voltak helyesen értelmezni ezeket, talán mert azt hitték, hogy az átesés lehetetlen (mivel az elektronikus repülőgép-vezérlés elvben megakadályozza, hogy a pilóták átesést idézzenek elő), vagy úgy gondolták, hogy a technológia elvégzi helyettük a jelek összerakását.
Az Airbus passzív elektronikus kormányokkal rendelkezik (passive sidestick),
vagyis a pilóták által mozgatott joystick-kar nem áll közvetlen mechanikus összeköttetésben a kormányszervekkel. A joystck elmozdítása egy elektronikus jelet generál, ami a központi számítógépbe kerül, és ez továbbítja a jelet a kormányszervek szervomotoraihoz.
A mechanikus összeköttetés hiányában a pilóták viszont nem érzékellhetik hogy a társuk milyen irányba mozdítja el a sidesticket. Ez történt az AF 447-s járaton is. Az Airbus konszern még a katasztrófa után sem változtatott ezen a rendszeren, a cég ragaszkodik ugyanis a passzív kormányokhoz.
Azok a jellemzők, amiket arra terveztek, hogy segítse a pilótákat normál körülmények közt, most hozzáadódtak a problámáikhoz. Például, hogy elkerüljék a hamis riasztásokat, az átesésre figyelmeztető berendezés úgy lett megtervezve, hogy azonnal kikapcsoljon, amikor a repülési sebesség bizonyos sebességhatár fölé emelkedik, ahogy tette azt, amint az AF 447-es járata gyorsan süllyedni kezdett.
Ettől még nehezebbé vált a pilóták számára, hogy megértsék a helyzetüket.
A becsapódás előtti másodpercekben Bonin hallható, amint azt mondja: „Ez nem lehet igaz!"
Ugyanaz a technológia, ami lehetővé teszi, hogy a rendszerek hatékonyabbak és nagyban biztonságosak legyenek, viszont szisztematikus sérülékenységet is eredményezhetnek esetenként katasztrófákat okozva. Ezt nevezik a "majdnem teljesen biztonságos rendszerek paradoxonának". Ezt a paradoxont számos technológia telepítésénél figyelembe veszik, és nem csak a biztonságkritikus rendszereknél.
Ahhoz, hogy biztos támpontot kapjanak a szörnyű katasztrófa okaira, meg kellett telálni a lezuhant gép repülési adatrögzítőit, az úgynevezett fekete dobozokat. A keresést rendkívül megnehezítette, hogy ott, ahol az Air France AF 447-es járata becsapódott átlagosan 4000 -5000 méter mély az Atlanti-óceán.
Tovább bonyolította a kutatást, hogy az adatrögzítők legfeljebb csak 30 napig sugározzák a kereső jeleket, utána "elnémulnak" az akkumulátoraik lemerülése miatt. Az AF 447-es járat balesetét a polgári repülési katasztrófák kivizsgálására rendelt francia hatóság, a BEA (Bureau d'Enquêtes et d'Analyses pour la sécurité de l'Aviation Civile) külön erre felállított szakértői csoportja végezete, az Airbus szakembereivel együtt, Alain Bouillard vezetésével.
A BEA pénzt és fáradtságot nem kímélve mindent megtett,
hogy megtalálják a 447-es járat mélybe süllyedt „fekete dobozait".
A francia hatóság felkérésére a nagyhírű és a legkorszerűbb mélytengeri kutatóeszközökkel felszerelt amerikai Woods Hole Oceanográfiai Intézet (WHOI) is bekapcsolódott a kutatásba. A kutatócsapat 2011. március 22-én hagyta el a brazil Suape kikötőt az Aulica hajó fedélzetén, és március 25-én érkezett meg a baleset helyszínére.
Egy hét keresés után a misszió 3 önálló vízalatti járművének egyike a REMUS 6000 törmeléket érzékelt a tengerfenéken. Ekkor egy második járművet küldtek a vizsgált területre, hogy részletesebb ultrahang térképezést és fotografikus képalkotást végezzen. A visszahozott képeket elküldték a francia légi biztonsági hatóságnak, amely azonosította az A330-as utasszállító repülőgép roncsait.
Csaknem két évvel az AF 447-es járat katasztrófája után, 2011. április 6-án jelentették, hogy a WHOI Remus-6000 típusú távirányítású tengeralattjárójával tíz kilométerre a 447-es járat utolsó feltételezett helyétől,
3 900 méteres mélységben megtalálták a 447-es járat maradványait.
A Remus drámai felvételeket készített a megtalált törzsszekció belsejéről,
amin jól látszott, hogy a roncsmaradványban még sok utas holtteste ül az ülésekbe szíjazva.
A Remus az óceáni aljzaton felfedezett egy nagyobb, mintegy 600 X 200 méter területű roncsmezőt is, amelyen többek között beazonosították a szerencsétlenül járt gép egyik hajtóművét, főfutóit, szárnydarabját, és még egyéb kisebb-nagyobb roncsdarabokat.
Csak a repülőgép repülési adatainak és a pilótafülke hangfelvételeinek feltárása valamint a roncs analizálása után tudták a nyomozók a francia légi biztonsági hatósággal együtt kellően megválaszolni azt a kérdést,
hogy miért következhetett be a katasztrófa,
és a vizsgálattal elősegíteni azt, hogy a jövőben elkerüljék a hasonló tragédiákat.
A francia nyomozók 2012-ben állapították meg, hogy a tragédiához a vihar alatti technikai meghibásodás (a Pitot-csövek elfagyása), az automatikus rendszer lekapcsolódás és az egyre több egymásnak elentmondó repülési adat valamint a pilóták átesésre való reagálásának képtelensége vezetett. A BEA 2012. július 27-én adta ki a zárójelentését az AF 447-es járat katasztrófájáról.