苏联在蒙古驻扎了大量军队，无孔不入的苏联克格勃在蒙古的活动十分活跃。林彪座机坠毁之后，克格勃很快就介入其中，并进行了耸人听闻的活动。
在中国大使馆人员9月15日到温都尔汗坠机现场勘察前，苏联方面已经捷足先登，抢先到现场拆走了三叉戟飞机的主发动机，取走了飞机上的“黑匣子”。他们的专业人员是从赤塔乘坐苏军直升机飞往现场的，为此，蒙古方面刻意将中国大使馆人员前往现场勘察的时间推迟了一天，以保证苏联方面有足够的时间先行研究、取证。
开始，克格勃并没有弄清飞机的真实情况和死者的真实身份，他们只是对这架英国制造的飞机的发动机感兴趣。到9月20日左右，他们已从种种蛛丝马迹中猜测出飞机上有一个大人物，甚至差不多怀疑到是林彪。为了证实这一点，于是，林彪坠机后5个星期，十多个苏联人专程从莫斯科赶到坠机现场，十分残忍地挖开坟墓，逐个检验尸体，将林彪和叶群的耳朵和头颅割下来，耳朵用于鉴定耳廓，把头颅放在架起的柴锅里煮，然后把头骨装箱，带回苏联慢慢研究。
为了使鉴定头骨和耳廓的结论万无一失，根据林彪在苏联养伤、养病过程中留下的病历，11月7日，克格勃第三次来到坠机现场，第二次掘开坟墓，开棺验尸。他们详细检查林彪的尸体，并带走了尸体的上半身。他们在林彪尸体的右肺确实发现了钙化的硬块，证实了与病历中的X光片完全一致。
据参与此事的苏联方面人士称，从坠机事件发生到1993年澳洲记者彼德·汉纳姆获准采访当年参与验尸的克格勃人员，22年间，全世界只有4个人知道这个事件的结果，他们是：苏联共产党总书记勃列日涅夫、克格勃主席安德罗波夫和克格勃将军扎格沃兹丁、病理学家托米林。
林彪出逃，前往投靠苏联，这只是他一厢情愿的选择。就苏联一方而言，事情却未必那么简单。如果林彪叛逃成功，苏联有可能持欢迎态度，为手中掌握一张同中国、同毛泽东对抗的“王牌”而喜出望外;但也有可能感到为难，因为捡到了一个烫手的山芋。当时任苏共中央联络部中国处处长的库里克后来说：“我们感到最为庆幸的，是林彪没有真的飞到苏联来。”的确，如果林彪真的到了莫斯科，中苏之间的麻烦就难以预料了。库里克的话，也许确实反映了苏联方面的某些真实想法。
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