Ngay sau vụ tai nạn, Sở Y tế Thừa Thiên Huế đã điều 20 xe cứu thương từ các cơ sở y tế, cùng hơn hai trăm cán bộ, lập ra 20 đội cứu thương tiếp cận hiện trường.[23] Theo lời kể của Thiếu tá Lê Văn Phương, Đồn trưởng 236 Bộ đội Biên phòng, 10 phút sau khi xảy ra tai nạn, do xe cứu hộ không thể đi vào tận nơi nên bộ đội trong đơn vị của anh cùng cư dân trên địa bàn thị trấn Lăng Cô đã dùng canô, thuyền, ghe để đưa những người thiệt mạng, người bị thương vào bờ và đưa đi cấp cứu. Lực lượng cứu hộ từ các bệnh viện và trung tâm cấp cứu của hai tỉnh Thừa Thiên Huế và Đà Nẵng cũng có mặt sau 50 phút để hỗ trợ chuyển người bị thương đi cấp cứu. Lực lượng quân đội, biên phòng, công an cũng có mặt để bảo vệ hiện trường, bảo vệ tài sản của người bị nạn.[16] Khối Doanh nghiệp Đà Nẵng gồm hơn 50 thanh niên hiến cho bệnh viện 36 đơn vị máu. Ngành Quân y Quân khu 5 điều động máy thở ACOMA 1000 cho bệnh viện Đà Nẵng cấp cứu nạn nhân.[27] Bên cạnh đó, Hội Liên hiệp Thanh niên Đà Nẵng cùng sinh viên trường Đại học Duy Tân cũng tổ chức hiến máu.[28] Một số chuyên gia từ Bệnh viện Việt Đức được cử vào Đà Nẵng để hỗ trợ công tác cứu thương. Trong khi đó, các thành viên trong Ban chỉ huy Phòng chống thảm họa và Tìm kiếm cứu nạn Bộ Y tế cũng lên đường vào Thừa Thiên Huế ứng cứu. Thứ trưởng Bộ Y tế Trần Chí Liêm khẳng định các nạn nhân sẽ được chữa miễn phí.[29]

Theo Bùi Tấn Phương – Tổng Giám đốc Công ty Vận tải hàng hóa Hà Nội, người được giao nhiệm vụ chỉ huy lực lượng cứu hộ, việc giải phóng đường sắt được tiến hành một giờ sau vụ tai nạn. Lực lượng giải phóng đường gồm 150 công nhân, với sự giúp sức của hai cẩu chuyên dụng từ Đồng Hới và Đà Nẵng.[24] Xí nghiệp thông tin tín hiệu đường sắt Đà Nẵng cử 10 công nhân dựng lều dã chiến tại hiện trường phục vụ công tác thông tin cứu hộ.[24] Tối cùng ngày, Xí nghiệp đầu máy toa xe Đà Nẵng phối hợp với các đơn vị chức năng tiến hành di dời những toa tàu bị nạn chuyển vào ga Lăng Cô nhằm giải phóng hiện trường.[30] Đến 13 giờ ngày 13 tháng 3 năm 2005, hai toa tàu cuối cùng được đưa ra khỏi đường ray. Hơn một giờ sau, chuyến tàu E2 từ Thành phố Hồ Chí Minh đi Hà Nội được phép đi qua khu vực với vận tốc 15 km/h.[31]

Trong hai ngày 12 tháng 3 và 13 tháng 3 năm 2005, Ga Hà Nội miễn phí vé tàu cho 20 thân nhân người gặp nạn trên chuyến tàu E1 vào Thừa Thiên Huế.[32] Chiều ngày 13 tháng 3 năm 2005, Thứ trưởng Bộ Giao thông Vận tải Ngô Thịnh Đức, Thứ trưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo Phạm Vũ Luận, Chủ tịch Công đoàn ngành Giáo dục và Đào tạo Lê Hồng Sơn, Tổng Giám đốc Tổng Công ty Đường sắt Việt Nam Nguyễn Hữu Bằng và Cục trưởng Cục Đường sắt Việt Nam Vũ Xuân Hồng đã đến thăm và trao tiền cho các bệnh nhân bị thương ở Bệnh viện Đà Nẵng và thân nhân các thầy cô giáo gặp nạn, cùng ngày là đoàn của Chủ tịch Ủy ban nhân dân Thành phố Đà Nẵng Hoàng Tuấn Anh và lãnh đạo hai sở Y tế và Giáo dục.[33] Tập đoàn bảo hiểm PJICO và Bảo Việt nhận mức trách nhiệm bảo hiểm tối đa cho mỗi hành khách bị thương và tử vong là 30 triệu đồng/người.[34][35][36] Trong đó, Bảo Việt chịu trách nhiệm với hành khách từ ga Hà Nội đến ga Đồng Hới và từ ga Diêu Trì đến ga Sài Gòn; quãng giữa từ ga Đồng Hới tới ga Diêu Trì sẽ do phía PJICO đảm trách.[35]