Подготовка к испытаниям изделия РДС-37, а также обеспечение безопасности самолёта и экипажа, оказались ещё более сложной задачей по сравнению с испытанием изделия РДС-27. Стало известно, что при реализации идей Сахарова А. Д. при такой конструкции заряда мощность термоядерного взрыва может составлять от 1,5 Мт до 2 Мт в тротиловом эквиваленте (ТЭ). Расчёты показали, что при испытаниях этого изделия безопасность не обеспечивалась из-за чрезмерного прогрева облучаемых элементов самолёта, возможности разрушения или возгорания от теплового воздействия взрыва. Не исключалась возможность потери устойчивости полёта и снижения прочности самолёта при воздействии ударной волны.
Для решения проблемы безопасности самолётных воздушных испытаний изделия РДС-37 на Семипалатинский полигон пригласили представителей различных организаций: от ОКБ Туполева – Архангельского А. А., Надашкевича А. В.; от ЦАГИ МАП – Макаревского А. И., Дородницына А. А.; от ВИАМ МАП – Чеботаревского В. В.; от НИИ ПДС – Лобанова Н. А.; от Математического института АН СССР – Семендяева К. А.
Самолёт-носитель Ту-16 с Семипалатинского полигона перегнали на подмосковную лётно-доводочную базу ОКБ Туполева (г. Жуковский) для переоборудования. На самолёте с 25 октября по 16 ноября 1955 года было осуществлено примерно тридцать доработок, к важнейшим из которых относились: смывка с нижних поверхностей лака и опознавательных знаков и замена их светозащитным термостойким покрытием с высокой отражающей способностью; защита передней кабины, блистерных и кормовых кабин шторками от светового излучения взрыва; замена тонкостенных обшивок органов управления более утолщёнными, со светозащитным покрытием; меры по защите стёкол бортовых аэронавигационных огней, фар, плафонов; замена створок бомболюка и передней стойки шасси и усиление их герметизации. Изделие РДС-37 решили оснастить тормозным парашютом площадью 6 кв. м.
Массогабаритные характеристики изделия РДС-37 соответствовали изделию РДС-27 (РДС-6). Окончательный расчёт баллистических характеристик изделия с парашютной системой по материалам экспериментальной отработки, а также оценка ожидаемых воздействий на носитель по поручению Курчатова И. В. выполнила группа в составе Дородницына А. А., Зельдовича Я. Б., Семендяева К. А., Бурдина Р. О. и Дударева А. Г.
Для окончательной проверки всех расчётных данных, а также работы парашютной системы и автоматики изделия на траектории падения тренировки и проверки взаимодействия со службами полигона были запланированы и проведены два сброса с самолётов-носителей Ту-16 изделий в комплектации, соответствующей РДС-37, с зарядом без ДМ. Для контроля работы автоматики на траектории падения изделия комплектовались аппаратурой телеметрии. Первый контрольный полёт был выполнен 17 ноября экипажем Мартыненко В. Ф., а второй – 19 ноября экипажем Головашко Ф. П. Подготовительные работы к этому эксперименту заняли два месяца. Лётные испытания РДС-37 назначили на 20 ноября.
Запланированное на 20 ноября 1955 года испытание более мощного термоядерного заряда РДС-37 мощностью 1,6 Мт не состоялось из-за отказа радиолокационного прицела самолёта-носителя Ту-16 (в условиях плотной облачности визуальное прицеливание оказалось невозможным). Участник первых испытаний на Семипалатинском полигоне Т. Тимошенко назвал другую причину:
Изделие на подвеску к самолёту доставили в 6 ч 45 мин. После подвески провели контроль стыковки с изделием, состояния аккумуляторных батарей, ввели уставки в автоматику. Взлёт произвёл в 9 ч 30 мин с аэродрома Жана-Семей экипаж в составе: командир экипажа – майор Головашко Ф. П., помощник командира – капитан Роменский И. М., штурман корабля – майор Кириленко А. Н., штурман-оператор – капитан Лазарев В. И., стрелок-радист – лейтенант Ожерельев Б. И., командир огневых установок – старшина Суслов Н. П. Полёт самолёта-дублёра в паре с самолётом-носителем не предусматривался из-за отсутствия второго дооборудованного защитными средствами самолёта Ту-16. Руководил испытаниями Курчатов И. В.