Изделие РДС-3, накануне проверенное, снаряжённое и окончательно подготовленное к подвеске на самолёт, было доставлено к самолёту, подвешено, в изделие введены уставки[7] временного датчика и барометрических датчиков критической высоты с помощью приборов самолётного пульта управления. Командир экипажа и штурман совместно с представителем КБ-11 включили электрозамки изделия. Окончательная передача изделия экипажу закреплена в журнале подписями командира корабля и штурмана. Командир корабля доложил начальнику 71-го Полигона ВВС генерал-майору Комарову Г. О. и ответственному представителю КБ-11 о приёмке изделия и готовности к выполнению задания. В 7 ч 00 мин по московскому времени с аэродрома Жана-Семей поднялся самолёт-носитель Ту-4 с атомной бомбой на борту. Взлёт выполнен безупречно. Вслед за ним поднялся в воздух самолёт-дублёр Ту-4 с инертной фугасной бомбой ФАБ-1500. В полёте самолёт-носитель с изделием на борту сопровождался и охранялся парами самолётов-истребителей. Управление полётом самолёта-носителя осуществлялось с ЦКП полигона УП-2, на котором находилось руководство испытаниями во главе с Курчатовым И. В.: Харитон Ю. Б., Зельдович Я. Б., Ванников Б. Л., Зернов П. М., Неделин М. И., Болятко В. А., а от ВВС – Комаров Г. О. и Куликов С. М.
Основные этапы полёта отображались на планшете-макете. Радиообмен с носителем выполнялся по двум каналам, КВ и УКВ, с использованием кодированных радиообменных таблиц. Основные команды для надёжного приёма службой опытного поля дублировались. Погода была благоприятной, материальная часть самолётов работала безупречно, и в назначенное время самолёту-носителю был разрешён холостой заход на цель с передачей сигналов для окончательной настройки аппарата автоматики поля. С КП опытного поля доложили о готовности. Боевой заход разрешён. По каналам КВ- и УКВ-связи до сброса передаются предварительные сигналы: за60си15с – и третий сигнал – в момент сброса, в 9 ч 52 мин 38 с. На планшете, отображающем траекторию падения изделия, стали появляться световые отметки, подтверждающие срабатывание контролируемых цепей автоматики: подачу питания на каналы автоматики, снятие ступеней предохранения, взведение блока подрыва и выдачу барометрическими датчиками исполнительного сигнала на срабатывание. Это было первой информацией о нормальной работе изделия.
Приход сейсмической волны, вызвавшей перемещение грунта под ногами, а затем громовой грохот снаружи помещения ЦКП окончательно подтвердили, что первое воздушное испытание атомной бомбы в СССР прошло успешно. Бомба взорвалась на высоте 380 м над целью, мощность составила 42 кт.
Первый воздушный ядерный взрыв на Семипалатинском полигоне в 1951 г.
Посадка самолёта-носителя прошла благополучно. В докладе о выполнении задания Уржунцев К. И. сообщил об ощущениях, испытанных экипажем, при воздействии взрыва на самолёт: затруднений в пилотировании самолёта не ощущалось. Отказов в работе оборудования самолёта взрыв не вызвал. Бомбометание в этом полёте выполнил штурман-бомбардир майор Давыдов Б. Д. В воспоминаниях об этом испытании он отмечает: