事故後の調査で、トロント・ピアソン国際空港を離陸しておよそ 4時間後の8月24日午前4時38分 (UTC) 頃大西洋上を巡航中に燃料漏れが始まったと推定されているが、コックピット内のクルーはこれに気付く術がなかった。午前5時33分、左右燃料タンク内の残燃料のアンバランスを示す警報が作動した。コックピット内のパイロット達は当初機械の誤作動を疑ったが、表示される残燃料がどんどん減少していくことからリスボンまで行き着くのは不可能と判断し、アゾレス諸島テルセイラ島のラジェス空軍基地にダイバートすることを決定した。しかし、燃料の急速な減少は止まらず、午前6時13分に第 2（右）エンジンが燃料切れによりフレームアウトした。このとき高度は 39,000フィート、ラジェス基地までの距離はおよそ 150マイル（およそ 280キロメートル）だった。エンジン 1 基では高度を維持することができなくなり、次第に降下していく最中に（第2エンジンフレームアウトの13分後 (06:26, UTC)）ついに第 1（左）エンジンも停止し、滑空状態となった。このときラジェス基地からの距離はおよそ65マイル、高度は 34,500フィートであった。航空機の電力はエンジンによる発電で賄われており、またAPUも燃料がないので動かず、ほぼ全ての電気系統・油圧系統がダウンし、客室内も真っ暗になった。操縦士は非常用風力発電機（ラムエア・タービン）によるわずかな補助電力で無線交信および操縦系統に必要な作動油圧を確保した。降下率は毎分 2,000 フィート（600メートル）であり、15 - 20 分のちには海上へ不時着水しなければならない計算であった。万が一空港に辿り着けない場合は海上に不時着する旨を乗客に伝えていた。ラジェス基地に近づくにつれ、そのままでは高度が高すぎることが判り、滑走路手前およそ 10マイルの地点で 360 度の左旋回を行い高度を下げた。旋回中に高揚力装置である前縁スラットを展開し、全部の車輪を出すことにも成功した。それでもまだ降下が足りず、何度かにわたり S字旋回を繰り返した。午前6時45分 (UTC) に機体は滑走路端を通過し、速度 200ノット（約370km/h）で滑走路端から1,030フィートの地点に一旦接地したのち大きくバウンドし2,800フィート地点で2度目の接地をした。エンジンが停止しているため逆噴射による制動ができず、アンチスキッド機能が失われた状態での急ブレーキ操作で、全長3,000メートルの滑走路の 2,280メートル地点でようやく停止した。10本あるタイヤのうち8本がバーストしていた。左主脚付近で小規模な火災が発生したが、待機していた消防隊によってすぐに消し止められた。緊急脱出シュートによる避難の際に2名が重傷し16名が軽傷を負った。本事故の原因は、エンジン整備の際に当該機のエンジン（ロールス・ロイス RB-211 トレント 772B）は事故前の2001年8月17日に定期的な交換作業が行われていた。このエンジンは製造年により仕様が異なり、油圧および燃料の配管レイアウトが若干異なっていた。事故直前の交換時（第2エンジン）は、ちょうどこれら異仕様エンジンの交換となったが、この場合には配管部品類も同時に交換する必要があった。ところが整備員にこのことが周知されておらず、エンジンと配管部品の組合せを誤った状態で組み付け、これにより油圧および燃料配管がエンジン本体と接触した状態となった事から飛行中の振動等により、燃料配管に長さ80mm、幅2.5mmのL字形の亀裂を生じ、この亀裂から大量の燃料がリークした。更にパイロットの対応も適切だとは言えず、コックピットではじめに表示された異常は左右の燃料タンク残量のアンバランス (fuel imbalance) を示すものだったが、機内のマニュアルを正しく辿っていけば燃料漏れ の可能性に気付くはずであった。そしてそれに気付いていればリスボンまでは到達できなかったにせよ、ラジェス基地まではエンジンが停止することはなかったと推定された。しかし、実際には前者の調査・対応に多くの時間を費やしてしまい、結果として最後の数十分間に必要だった燃料まで空中にばら撒いてしまった。カナダ政府は整備員やパイロットの対応にミスが連鎖した事を重く見て、トランサット航空に対して不正な機体整備をしたとして、25万カナダドルの制裁金を課した。
