Подвеску изделий на самолёты-носители и их окончательную подготовку к полёту выполнил расчёт воинских подразделений на аэродроме Оленья в день проведения ЛТУ Полёт отряда самолёта-носителя и отряда самолётов-лабораторий осуществлялся по маршруту: Оленья – мыс Канин Нос – Рогачёво – Панькова Земля – полигон (цель) – мыс Канин Нос – Оленья. Общая протяжённость маршрута составляла 3350 км. Основная группа самолётов полков взлетала со своих аэродромов: в Полтаве и Тарту.
Отряды самолёта-носителя и самолётов-лабораторий встречались с боевым порядком полков в районе мыса Канин Нос. Связь в полёте осуществлялась с командными пунктами аэродрома Оленья и Новоземельского полигона. Отряд самолётов-носителей располагался в голове боевого порядка полка. Впереди отряда самолёта-носителя шёл отряд самолётов-лабораторий на удалении 6–7 км, а перед самолётами-лабораториями – отряд самолётов обеспечения. За отрядом самолёта-носителя следовали две эскадрильи боевых самолётов на удалении 50 км в боевом порядке «колонна отрядов» с дистанцией 6 км.
Первый вылет по ЛТУ был проведён 15 сентября 1962 года в составе двадцати четырёх экипажей на самолётах Ту-16, а второй – 16 сентября 1962 года. Лётно-тактические учения были выполнены в строгом соответствии с планом и заданиями на полёты. По результатам самолётных и наземных измерений было установлено, что мощность взрыва изделий в обоих случаях соответствовала основным техническим характеристикам ядерного заряда. Воздействие взрыва на самолёты Ту-16 отряда-носителя проявилось в повреждении светозащитного покрытия самолётов, разрушении посадочных фар и стёкол бортовых аэронавигационных огней и обгорании обтекателей антенн радиолокаторов. Повреждения не повлияли на безопасность полёта самолётов. Самолёты Ту-16 боевого порядка, находившиеся в момент воздействия светового излучения и ударной волны от 35 км до 50 км, затруднений в пилотировании не имели. Обход радиоактивного облака взрыва экипажи самолётов, следовавших за носителем, осуществляли на расстоянии не менее 25 км от кромки облака. Радиоактивного облучения и загрязнения самолёты и экипажи при этом не получили.
Комиссия по ЛТУ отметила, что боевое применение изделий соответствующего типа с серийных самолётов Ту-16, имеющих светозащитное оборудование, обеспечивается. Перед выполнением повторных вылетов на задание требовалось проводить ремонт повреждённых узлов и восстанавливать защитное лакокрасочное покрытие самолётов. Была подтверждена достаточная подготовленность частей Дальней авиации к боевому применению ядерного оружия.
Учитывая важность и значимость проведённых ЛТУ акт комиссии по представлению главкомов ВВС, ВМФ, ракетных войск и заместителя министра Средмаша рассмотрели и утвердили министр обороны Малиновский Р. Я. и министр Средмаша Славский Е. П. За этими испытаниями последовал полуторамесячный перерыв, затем началась подготовка к завершающему этапу воздушных ядерных испытаний.