冷却系统是防止核燃料升温熔毁的关键，在核电站反应堆丧失冷却功能后，日方只能不断注水，期望能将安全壳注满水以冷却燃料。然而不幸的是，由于反应堆的安全壳破损，这种“水棺”方式产生了大量高放射性污水，部分污水蓄积在涡轮机房地下室等建筑中，还有部分泄漏到机组附近地下隧道、竖井甚至海中，污染了核电站及其周边的土壤、地下水和附近海域。

曾被寄予厚望的“水棺”方式失败后，东电公司于5月中旬开始采用“循环注水冷却”法，即将反应堆涡轮机房等处积存的大量污水进行处理后，注入反应堆用于冷却。

实现循环注水冷却的关键，是一套由美国库里永公司和法国阿海珐公司的相关设备组成的污水净化系统，以及东芝公司制造的铯吸附清除设备。但它们自启动后小故障不断，至8月中旬，共发生设备暂停工作、水龙带漏水等故障30多次。东电公司9月初称，在过去的一周内，这套系统的运转率为90％，达到该系统启动以来的最高水平。但其每小时的污水处理能力还不足40吨，而东电公司最初的设想是每天处理1200吨。

由于污水处理不顺利，核电站内的污水不减反增。6月下旬，福岛第一核电站内的污水总量约有11万吨。到8月底，污水总量上升到11.3万吨。

核电站抢险持续半年后，长期在高辐射环境中作业、高强度的工作和恐惧心理都在影响抢险人员的健康。 

参与抢险的东电公司及合作企业的员工合计已超过1.2万人。截至8月末，已有人遭受的辐射量累积超过250毫西弗，其中最高者达678毫西弗，另有97人超过100毫西弗。而日本规定在紧急状况下每名抢险人员累积承受的辐射量安全上限为100毫西弗。 

除高剂量辐射外，全套防辐射服装相当厚重，加上盛夏酷暑，超过40名员工出现中暑症状。员工休息处没有淋浴，食物多半是饼干和罐头之类，在严酷环境下，许多工作人员即使很疲劳也难以睡好。东电公司8月30日承认，一名参与抢险的合作企业员工突发急性白血病死亡。

经过半年夜以继日的“降温”和“堵漏”，到8月中旬，福岛第一核电站泄漏的放射性物质锐减。东电公司8月17日称，在最近两周，事故核电站1号～3号机组泄漏的放射物最高活度为每小时约2亿贝克勒尔，已下降到事故刚发生后的千万分之一。照此推算，福岛第一核电站与外部交界处的辐射量最高为每年0.4毫西弗。核电站外最高辐射量每年1毫西弗被认为是判断反应堆停止运行并冷却至常温安全状态的条件之一。 

另据日本政府和东电公司组成的联合对策室介绍，自7月以来，事故核电站1号～4号机组的所有乏燃料池陆续启用正式冷却系统。对策室认为在这一点上，已经提前实现了抢险第二阶段的部分目标。 

日本新首相野田佳彦9月2日组阁后，在当晚的记者会上说，当务之急是尽快平息核电站事故，实现福岛第一核电站核反应堆稳定及清除核电站周边地区的放射物。9月8日，野田佳彦又在视察福岛县时表示，将举全国之力平息核事故，实现福岛地区的“复兴”。