На учения прибыли министр обороны СССР маршал Советского Союза Булганин Н. А., командующие войсками военных округов, флотов, командующие воздушными армиями, научный руководитель атомного проекта академик Курчатов И. В. с группой учёных. Пригласили министров обороны дружественных нам стран. Все они находились в открытом деревянном павильоне на удалении 10 км от эпицентра ядерного взрыва. По долгу службы Болятко В. А. пытался направить их в укрытие, но не смог это сделать. Он обратился за помощью к Жукову Г. К., но тот ответил: «Не беспокойся, генерал, пусть они на себе испытают, что это за оружие». Они испытали его на себе: у многих слетели головные уборы, кого-то сбило с ног.
К учениям привлекался корпус сухопутных войск числом 44 тысячи человек. Авиационное обеспечение осуществлялось силами 71-го Полигона ВВС (35-й бап и 513-й иап), руководитель авиагруппы – Сутягин Н. Г.
14 сентября 1954 года, в 9:33, на полигоне Тоцкое Оренбургской области на войсковых учениях впервые сброшена атомная бомба РДС-2 мощностью 40 кт. Бомбу с высоты 8000 м сбросил экипаж Ту-4А: командир – подполковник Кутырчев В. Я., штурман – Бабец В., штурман-оператор – Кирюшкин Н. Взлёт производился с аэродрома Владимировка (в 675 км от полигона). Сопровождение самолёта в воздухе осуществляли МиГи-17.
Эти уникальные учения провели на обычном артиллерийском полигоне в Оренбургской области, в районе села Тоцкое. У подножия невысокой возвышенности выбрали место для эпицентра атомного взрыва. По одну сторону от эпицентра для изучения поражающего действия атомного взрыва через каждые 0,5–5 км располагалось много разнообразной военной техники и животных, значительное количество защитных убежищ, а также приборов для измерения избыточного давления в ударной волне, световых импульсов, дозы проникающей радиации и радиоактивного заражения местности. По другую сторону от эпицентра местность оставили свободной, как передний край обороняющегося противника, по которому будут наноситься артиллерийские и авиационные удары, а затем будут двигаться наступающие войска. Для разгрома обороняющихся по глубине их обороны наносился атомный удар, а после него по позициям переднего края обороняющихся в течение тридцати минут – мощный удар артиллерии и авиации.
Всем выдали средства индивидуальной защиты. Вокруг намеченного эпицентра атомного взрыва установили запретную охраняемую зону радиусом 8 км. За пять суток до начала учений все войска и население ближайших деревень с домашней живностью вывели за пределы запретной зоны. За десять минут до нанесения атомного удара по сигналу «Атомная тревога» войска заняли укрытия и убежища. В 9 часов 33 минуты самолёт Ту-4 с высоты 8000 м сбросил атомную бомбу, которая через 45 секунд взорвалась на заданной высоте, 350 м, с отклонением от намеченного эпицентра взрыва на 280 м.
Воздух озарила ослепительная вспышка, во много раз превосходящая Солнце, на которую можно было смотреть только через тёмные очки. Вспышка мгновенно превратилась в огненный шар диаметром примерно 500 м, свечение которого продолжалось несколько секунд. Шар стал быстро подниматься, превращаясь в клубящееся дымовое облако, увлекая за собой почву с поверхности земли. Столб пыли и радиоактивное облако образовали грибовидную форму, но не соприкасались. Это свело к минимуму радиоактивное заражение местности как в районе взрыва, так и по следу облака. Прошла ударная волна, сопровождавшаяся резким громовым ударом и сильными порывами ветра. Примерно через десять минут облако поднялось на высоту 10–12 км, его понесло в юго-восточном направлении. Через пять минут после взрыва началась артподготовка и бомбовые удары по позициям переднего края «Западных», длившиеся около тридцати минут. После этого «Восточные» атаковали позиции «Западных». При уровне радиации 0,5 Р/ч личный состав надел противогазы.
Техника малой прочности (самолёт Ли-2) повреждалась уже в 5 км от эпицентра взрыва. Чем ближе к эпицентру, тем больше разрушенных образцов военной техники, траншей, окопов, поражённых животных. Между прочим, в лощине животные остались невредимы. Много техники и животных было уничтожено вблизи эпицентра взрыва. Даже танки были отброшены и опрокинуты, у некоторых сорваны башни. Местность в районе взрыва изменилась до неузнаваемости. Земля взрыхлилась, а в некоторых местах оплавилась. Кустарник в радиусе до 1,2–1,3 км оказался полностью уничтожен. Жуткую картину представляла собой дубовая роща, как будто сквозь неё прошёл сильный ураган с огнём. До 1,5–2 км много деревьев было поломано, чем ближе к эпицентру, тем больше. Во многих местах горели сухая трава и листва, трухлявые пни. Но сплошных пожаров, как в тайге, в роще не было.
В деревне Маховка, отстоящей от эпицентра на удалении 5–6 км, под действием светового излучения горело несколько домов с соломенными крышами. В деревнях, удалённых от эпицентра взрыва более чем на 8 км, население не эвакуировали и пожаров не произошло, но в непрочных (саманных) домах появились трещины, выбило стёкла и двери.