Испытание первого термоядерного заряда мощностью 400 кт с подрывом заряда на специальной башне высотой 30 м запланировали на август 1953 года. В целях получения максимума информации кроме измерительной аппаратуры опытного поля предусматривалось использование аппаратуры, установленной на самолётах Ил-28. С высоты полёта требовалось зарегистрировать мощность и развитие взрыва, а также измерить величину поражающих факторов взрыва, воздействующих на самолёт. В этом эксперименте необходимо было надёжно обеспечить безопасность самолётов и их экипажей, поэтому радиус удаления самолётов от места взрыва определили не менее 30 км. Испытания назначили на 12 августа.
Руководил испытаниями Курчатов И. В. На ЦКП вместе с ним находились министр среднего машиностроения Малышев В. А., научный руководитель и главный конструктор КБ-11 академик Харитон Ю. Б., член-корреспондент Академии наук Зельдович Я. Б., директор КБ-11 генерал-лейтенант Зернов П. М., начальник 12-го ГУ Минобороны генерал-лейтенант Болятко В. А. и начальник 71-го Полигона ВВС генерал-майор Чернорез В. А.
12 августа с аэродрома Жана-Семей в назначенное время вылетели два самолёта-носителя Ил-28. В соответствии с заданием самолёты Ил-28 набрали высоту 11 000 м, выполнили холостой заход на башню-цель и передали серию радиосигналов для настройки автомата опытного поля полигона. С ведущего самолёта Ил-28 передалась серия радиосигналов, по которым начался необратимый процесс работы – командный пункт опытного поля доложил о включении автомата на подрыв заряда. Остались считаные секунды до взрыва.
Взрыв поразил всех участников своей грандиозностью. Этим испытанием была ликвидирована монополия американцев в реализации термоядерной реакции взрыва, а наша страна вышла вперёд по разработке термоядерной бомбы, практически пригодной к применению с самолётов.
Отбор радиоактивных продуктов из облака взрыва осуществлялся двумя специально оборудованными самолётами Ил-28. Полёты на этих самолётах по отбору проб проводились на высотах 10 км и 8 км. Экипажи самолётов выполняли повторные заходы в облако взрыва и получили значительное облучение. Отбор проб из облака на нижних высотах (в «ножке гриба») выполнялся на двух самолётах Ли-2.
Наряду с отбором радиоактивных продуктов из облака взрыва, наблюдениями за его развитием и дальнейшим перемещением на площадке ЦКП велись работы по определению отражающей способности этого облака с помощью радиолокационных установок в диапазоне радиоволн 3-11 см. Значительный объём информации по параметрам взрыва и воздействию взрыва на самолёты получили с помощью контрольно-измерительной аппаратуры самолётов Ил-28.
Участниками испытаний первого термоядерного заряда были: Харитон Ю. Б., Сахаров А. Д., Щёлкин К. И., Зельдович Я. Б., Забабахин Е. И., Келдыш М. В. и др. Успех позволил КБ-11 форсировать работы по созданию для ВВС сверхмощных термоядерных бомб типа РДС-6 и зарядов для стратегических вооружений.
Большая группа учёных, участников разработки и испытаний первой термоядерной бомбы, в том числе и представители 71-го Полигона ВВС, получили государственные награды, а некоторые из них стали лауреатами Государственной премии.
В материалах юбилейной сессии Института им. И. В. Курчатова в 1993 году отмечено: «Испытание сахаровской первой в мире водородной бомбы-слойки показало в двадцать раз большую мощность, чем взрыв атомной бомбы. Оно прошло с полным успехом…»
Комиссия в составе Курчатова И. В., Харитона Ю. Б., Зельдовича Я. Б., Садовского М. А. приняла заключение по результатам данного испытания. Было решено выражать мощность ядерного боеприпаса (заряда) в его тротиловом эквиваленте. В последующем это нашло отражение в нормативных документах и руководствах по применению ядерного оружия с рекомендациями учёта особенностей распространения и действия поражающих факторов ядерного взрыва.
В 1953 году на базе 71-го Полигона ВВС прошли наземные и лётные испытания изделия РДС-6 (без заряда) одновременно с испытаниями нового самолёта-носителя типа Ту-16. Был отработан корпус изделия, определены его аэробаллистические характеристики, испытаны система автоматики и система инициирования заряда. Изделие РДС-6 имело следующие массогабаритные характеристики: масса – 6 т, длина – 6 м и диаметр – 1,5 м.