В 4 часа утра 30 сентября 1957 года на промышленной площадке была произведена первая грубая оценка уровня радиационного заражения. С 30 сентября начато изучение радиационной обстановки за пределами комбината и города Челябинск-40. Первые же измерения загрязнённости, произведённые в близлежащих населённых пунктах, которые накрыло радиоактивное облако, показали, что последствия радиационной аварии очень серьёзные. Так, мощность экспозиционной дозы в Сатлыково (18 км) составила до 300 мкР/с, в Галикаево (23 км) — до 170 мкР/с, в Юго-Конёво (55 км) — до 6 мкР/с (= 21 600 мкР/час)[8].
В зоне радиационного загрязнения оказалась территория нескольких предприятий комбината «Маяк», военный городок, пожарная часть, колония заключённых и далее территория площадью 23 000 км² с населением 270 000 человек в 217 населённых пунктах трёх областей: Челябинской, Свердловской и Тюменской. Сам Челябинск-40 непосредственно от выпадения радионуклидов не пострадал (оказался с наветренной стороны). 90 % радиационных загрязнений выпали на территории химкомбината «Маяк», а остальная часть рассеялась дальше.
Вследствие наибольшей продолжительности распада стронция-90 и его аккумуляции в костях, оценка велась по нему; зоной общего заражения была принята территория, ограниченная изолинией, где уровень β-активности по нему превышал фоновый в 2 раза с учётом погрешности измерений и равнялся 0,1 Ки/км², что равнялось 4 Ки/км² по суммарной β-активности выпавших изотопов. Территория, официально считаемая радиационно загрязнённой и требующей защиты населения от радиации, была принята с уровнем 2 Ки/км² по стронцию-90 и составляла 1000 км², представляя собой зону длиной 105 км при ширине 4-6 км. У промплощадки же загрязнение составляло 4000-150 000 Ки/км² по общей β-активности[5].
2 октября 1957 года, на третий день после аварии, из Москвы прибыла комиссия, созданная Министерством среднего машиностроения, во главе с министром Е. П. Славским. Задачей комиссии было выяснение причины взрыва, но по прибытии на место сложность ситуации с загрязнением территории, неизученность данной проблемы в населённой местности с развитым сельским хозяйством потребовала изучения и принятия решений по множеству других вопросов[8]. Вследствие этого были подключены 3-е Главное управление Минздрава СССР и Минсельхоз СССР. Общее руководство осуществлял Совет министров СССР. Также были задействованы и исполкомы Челябинской и Свердловской областей. В мае 1958 года в 12 км от Челябинска-40 для изучения сельскохозяйственного производства на территории ВУРСа (в посёлке Метлино) была создана опытная научно-исследовательская биогеоценологическая станция в качестве структурного подразделения ПО «Маяк». В городе Челябинске был организован филиал Ленинградского НИИ радиационной гигиены (ныне Санкт-Петербургский НИИ радиационной гигиены им. П. В. Рамзаева Роспотребнадзора), а также комплексная сельскохозяйственная научно-исследовательская радиологическая лаборатория (ныне Уральский отдел ФГБНУ «ВНИИВСГЭ — филиал ФГБНУ ФНЦ ВИЭВ РАН»[11]). В декабре 1962 года образован в городе Челябинске филиал № 4 (ныне ФГБУН «УНПЦ РМ ФМБА России»[12]) Института биофизики Минздрава СССР (ныне ГНЦ «ФМБЦ им. А. И. Бурназяна ФМБА России»[13])[5]. Сотрудники этого закрытого научного учреждения проводили медицинское обследование населения в районе реки Течи, а также на территории ВУРСа, вели исследовательскую работу. К решению вопросов, связанных с радиационным загрязнением, влиянием его на здоровье человека, на живую природу, выработкой мер защиты, определением безопасных уровней длительного воздействия ионизирующего излучения, реабилитацией территории, в том числе возможностью использования ее для сельскохозяйственных нужд, привлекался целый ряд НИИ, среди которых были Институт биофизики АМН СССР, Институт биофизики Минздрава СССР, Институт прикладной геофизики, Тимирязевская академия, МГУ, Агрофизический институт ВАСХНИЛ, Почвенный институт Минсельхоза СССР, Лаборатория лесоведения АН СССР, ВНИИ экспериментальной ветеринарии и другие[5].
Социально-экологические и экономические последствия аварии оказались очень серьёзными. Тысячи людей были вынуждены покинуть места своего проживания, многие другие остались жить на загрязнённой радионуклидами территории в условиях долговременного ограничения хозяйственной деятельности. Положение значительно осложнялось тем, что в результате аварии радиоактивному загрязнению подверглись водоёмы, пастбища, леса и пашни. Были исключены из оборота 106 000 гектаров сельскохозяйственных (54 % из них) и лесных угодий. Были закрыты предприятия лёгкой и рыбной (на пресноводных и солёных озёрах) промышленности, Коневский и Боевский рудники, имевшие стратегическое значение. Был дополнительно радиоактивно загрязнён водосборный бассейн верховья до этого и так уже загрязнённой реки Течи, также в зону ВУРС попали значительные территории водосборных бассейнов верховьев рек Синара и Пышма, среднего течения реки Исети выше по течению до впадения в неё Синары и Течи (все 4 — бассейн нижнего течения реки Тобола).
В ходе ликвидации последствий аварий в 1957—1960 годах были отселены и захоронены 23 населённых пункта.
Ликвидация последствий аварии включала в себя комплекс мероприятий, направленных на восстановление работы предприятия, защиту населения (в том числе работников заводов предприятия) от поступления в организм радионуклидов и воздействия ионизирующего излучения, восстановление сельского и лесного хозяйства. Для ликвидации последствий аварии привлекались сотни тысяч военнослужащих и гражданских лиц (в том числе отмобилизованных), получивших значительные дозы облучения[22]. Мероприятия эти проводились в несколько этапов[5]:
1. В течение первых суток после взрыва из зоны поражения были выведены военнослужащие воинской части и заключённые. Проводилась дезактивация территории предприятия и города (в первое время после аварии произошёл частичный вынос радионуклидов с первоначально заражённой территории, в частности на обуви и колёсах автотранспорта). Через 7-10 суток после взрыва было принято решение и отселены жители населённых пунктов в радиусе до 22 км: Бердяниш, Сатлыково, Галикаево, Русская Караболка с общим числом жителей 1383 человек[8]. Люди были переселены в другие местности с предварительным проведением полной санитарной обработки (в том числе со сменой носимой одежды). Строения, домашние животные, вещи были уничтожены (разрушены, убиты) и захоронены на месте в вырытых траншеях. Эвакуация была запоздалой из-за проведения учёта и расчёта стоимости мероприятий. К тому времени эти жители уже получили эквивалентную дозу облучения в 52 бэр.
2. В течение 2 лет дезактивировалась территория предприятия и города, были проведены выемка и захоронение 300 000 м³ верхнего слоя грунта. Были разработаны и внедрены предельно допустимые уровни загрязнения радионуклидами продуктов, кормов, их поступления в организм, в течение определённых промежутков времени не вызывающие патологических изменений. Было изъято и захоронено 1308 тонн зерна, 104 тонны мяса, 240 тонн картофеля, 66,6 тонн молока. Но радионуклиды на остальной не отселённой территории ВУРС продолжали поступать в организм жителей. Так, правительственная комиссия, образованная в ноябре 1957 года, провела обследования и установила, что к 3 февраля 1958 года населённые пункты Юго-Конёво, Алабуга и посёлок Конёвского вольфрамового рудника находятся в районе интенсивного загрязнения. Требовались отселение жителей загрязнённой зоны (4650 человек) и запашка расположенных в полосе загрязнения 25 000 га пахотных земель[23]. В результате спустя 330 суток после аварии с территории с уровнем заражения 80 Ки/км² по стронцию-90 было отселено ещё 3860 человек. Следующий этап эвакуации проживающего населения произошёл спустя 700 суток от аварии. Всего таким образом поэтапно было отселено 12 763 человек из 23 населённых пунктов.
3. В 1958—1959 годах на территории ВУРС были проведены мероприятия, направленные на уменьшение разноса выпавших радионуклидов ветром из зоны на чистую территорию, невозможность повторного заселения в отселённых населённых пунктах, уменьшение уровня радиационного облучения работников сельского хозяйства. Для этого создавались специальные механизированные отряды, в основном из числа отмобилизованных граждан. В населённых пунктах были ликвидированы и захоронены строения, продовольствие, фураж и имущество жителей. На месте некоторых из них после захоронения были произведены сосновые насаждения. Была проведена дезактивация около 20 000 га пашен путём обычной и глубокой (до 60 см) перепашки. Для снижения пылеобразования при этом вспашка производилась плугами с предплужниками. В некоторых наиболее загрязнённых участках производилась выемка и захоронение грунта и засыпка чистым песком или грунтом. Была создана система радиационного контроля продовольствия, фуража и сельскохозяйственной продукции, перепрофилированы сами сельские хозяйства. Был сделан акцент на семеноводство (производство семенного материала для использования в качестве посевного материала в других хозяйствах региона) и животноводство (было выявлено, что в пищевой цепочке накопление радионуклидов в мягких тканях животных происходит значительно ниже, нежели в продуктах растениеводства). Вместо множества неконтролируемых мелких колхозов и индивидуальных хозяйств были созданы крупные специализированные государственные совхозы с централизованным управлением и контролем: Багарякский, Булзинский, имени Свердлова, Куяшский, Огнёвский, Тюбукский. Также, произведённая сельхозпродукция ограничивалась для доступа в другие регионы страны, а преимущественно направлялась, проходя строгий радиологический контроль, для использования внутри зоны ВУРС и на обеспечение города Челябинск-40.
4. В конце 1959 года на территории, ограниченной изолинией с уровнем первоначального заражения в 4 Ки/км² по стронцию-90 (около 700 км²) была создана санитарно-защитная зона с запретом доступа населения и любого вида хозяйственной деятельности, в том числе сбора дикорастущих ягод, грибов, охоты, рыбной ловли во избежание заражения и выноса радионуклидов за ее пределы. Соблюдение режима ограничения в зоне осуществляла милиция, санитарный контроль за радиационной обстановкой был возложен на санэпидслужбу. Земли в этой зоне решениями облисполкомов были изъяты из хозяйственного пользования. По периметру зоны строгой охраны была установлена зона наблюдения шириной до 5 км (учитывалась возможность выноса радионуклидов ветровой эрозией, водостоком, дикими животными). Были выведены из рыбопользования (в том числе из промышленной заготовки и переработки) и озёра с общей площадью 3 800 га: Алабуга, Бердяниш, Большой Игиш, Куяныш (не следует путать с озёрами Куяш и Большой Куяш), Кожакуль, Малое Травяное, Малый Игиш, Травяное, Урускуль (не следует путать с озером Урукуль). Активность всех β-излучающих радионуклидов в некоторых водоёмах в головной части ВУРС доходила до 1000-10000 Бк/л[24].
5. В 1960—1970 годах была обоснована возможность ведения сельского хозяйства на части отчуждённой территории с учётом некоторых ограничений, в частности выбора культур с низким накоплением стронция, специальных способов обработки почвы, содержания, кормления животных, переработки сельхозпродукции. К 1982 году было включено в хозяйственный оборот около 85 % ранее отчуждённой территории. Так, к 1990 году спецсельхозпредприятиями на территории с первоначальным уровнем загрязнения 150—370 кБк/м² по стронцию-90 было получено около 1 500 000 тонн зерна, 200 000 тонн молока, 60 000 тонн мяса, при этом было снижено содержание стронция-90 в молоке в 3-4 раза, в мясе в 2-7 раз, что соответствовало допустимым уровням для данной территории (не вызывающих статистически выявляемых отклонений в организме). Разрешён и рыбный промысел на озёрах кроме Урускуля и Бердяниша (не считая спецводоёмов «В-3» — «В-17» ПО «Маяк»).
В апреле 1967 года в результате разноса ветром пыли, содержащей стронций-90, цезий-137, церий-144, с оголившихся береговых участков озера Карачай была дополнительно заражена начальная часть ВУРС (общая площадь заражения территорий вокруг озера преимущественно в восточном и северо-восточном направлении от озера, ограниченная изолинией в 0,2 Ки/км² по стронцию-90 составила 1660 км² при 800 Ки, по цезию-137 — 4650 км² при 2360 Ки). Впоследствии во избежание подобного озеро было законсервировано (заполнено полыми бетонными блоками и засыпано) и организован мониторинг за его состоянием во избежание попадания его вод в грунтовые воды и другие водоёмы в случае подземного дрейфа.
С 1968 года на месте санитарно-защитной зоны образован Восточно-Уральский государственный заповедник. В настоящий момент зона заражения, образовавшаяся при аварии 1957 года, именуется Восточно-Уральским радиоактивным следом[25].
Пострадавшие в ходе аварии, а также участники ликвидации последствий имеют социальные льготы и приравнены к пострадавшим и ликвидаторам Чернобыльской аварии (дожившие до официальной огласки и придания им статуса пострадавших в 1990-х годах)[26].
При ликвидации последствий учитывался и опыт, накопленный в ходе решения проблем радиационного загрязнения реки Течи в 1949—1951 годах, изучение которого было начато в 1951 году за несколько лет до Кыштымской аварии. В свою очередь, опыт, накопленный в ВУРС, применялся в дальнейшем и при решении проблем, связанных с рекой и её поймой.