Самолёт набрал заданную высоту 12 000 м, но к моменту выполнения холостого захода на цель погода испортилась, и полигон накрыла облачность. По запросу экипажа самолёту-носителю разрешили холостой заход на цель с использованием радиолокационного прицела. При выполнении холостого захода радиолокационный прицел отказал. Впервые в практике ядерных испытаний встал вопрос о вынужденной посадке самолёта с термоядерной экспериментальной бомбой громадной мощности взрыва.
Требовалось незамедлительно принимать решение. К этому времени срочно вызванные на командный пункт идеологи создания изделия Сахаров А. Д. и Зельдович Я. Б. выдали заключение, что при аварийной посадке самолёта-носителя Ту-16 с термоядерной бомбой нет оснований ожидать больших неприятностей. Курчатов принял решение о посадке самолёта-носителя с термоядерной бомбой. Посадка была произведена на аэродром Жана-Семей в 12 ч 00 мин. Общая продолжительность полёта составила 2 ч 30 мин.
В условиях песчаной бури с первого захода самолёт на полосу не попал. Топлива оставалось на пятнадцать минут. Командир во втором заходе сажал самолёт вслепую, по командам штурмана самолёта, визуально наблюдавшего полосу. При посадке выпустили тормозной парашют, но всё равно самолёт выкатился за полосу. После снятия изделия самолёт осмотрели, оборудование проверили.
Штурман, майор Кириленко А. Н.: «…С
Повторный вылет запланировали на 22 ноября 1955 года. Изделие РДС-37 для подвески на самолёт-носитель доставили на стоянку самолёта в 4 ч 50 мин. Взлёт самолёта-носителя Ту-16 произошёл в 8 ч 34 мин. Самолёт-носитель в полёте посменно охраняла пара истребителей МиГ-17. Изделие РДС-37 предусматривалось сбрасывать с высоты 12 000 м с холостыми заходами на цель. Во время полёта погода стала ухудшаться, цель закрылась сплошной двухслойной облачностью общей толщиной 1500 м с верхней кромкой на высоте 10 000 м. В связи с ухудшением метеоусловий приняли решение работать экипажу по сокращённой программе. Сброс изделия по заданной цели произведён в 9 ч 47 мин с высоты 12 000 м, со скоростью полёта 870 км/ч, с использованием радиолокационного прицела. Изделие РДС-37, оснащённое парашютной системой, сработало в соответствии с заданной уставкой от барометрических датчиков на высоте 1550 м, что при замедленном снижении изделия с парашютной системой обеспечило уход самолёта-носителя на безопасное расстояние.
При этом в селе Малые Акжары, в 55 км от эпицентра, обвалился потолок в одном из домов. Под завалом погибла трёхлетняя девочка. В 36 км от эпицентра в окопе засыпало землёй шестерых солдат, один из них умер от удушья. Случаи разрушения остекления наблюдались в отдельных населённых пунктах на расстоянии до 350 км. Двое жителей получили ранения и ушибы осколками стёкол и обломками строений. Это был самый мощный взрыв, произведённый на Семипалатинском полигоне. Он наглядно показал, что для взрывов такой мощности необходим новый полигон, в более уединённом месте.