В момент вспышки самолет-носитель находился от взрыва в 40 км, а самолет-дублер (лаборатория) – 55 км. После окончания светового воздействия на самолетах были отключены автопилоты – в ожидании прихода ударной волны перешли на ручное управление. По расчетам, взрывная волна должна была настигнуть Ту-95 в 60 км от точки взрыва, а она дошла до самолета на 45-м километре. Всего было четыре волны. Первые три довольно сильно тряхнули самолет, четвертая – была слабее. Воздействие от ударной волны для экипажей было достаточно ощутимым, однако затруднений в пилотировании не вызывало. У Ту-95 остановились все двигатели, отключились приборы. Самолет стал сыпаться вниз, но оставался управляемым. На высоте 7000 м бортинженеру Евтушенко удалось запустить один двигатель, на 5000 м – второй. Садились с тремя работающими двигателями. Один двигатель так и не смогли запустить. После посадки увидели, что вся электропроводка на самолете обуглилась.
Обоими экипажами был выполнен весь предусмотренный заданиями объем измерений, получены совершенно уникальные результаты, относящиеся к взрыву, параметрам поражающих факторов и воздействии их на самолеты. Самолет-носитель Ту-95—202 и самолет-дублер Ту-16 провели благополучную посадку на аэродром вылета «Оленья». В докладах и в письменных донесениях экипажей отмечались особенности светового эффекта взрыва и встреч с многократными ударными волнами, а также описывалось развитие облака взрыва. По их наблюдениям, облако взрыва грибовидной формы в первоначальный период развивалось необычно быстро. Примерно через 40 с после взрыва оно достигло высоты 25—30 км. В дальнейшем преимущественно развивалась шейка грибовидного облака. Облако взрыва очень долго сохраняло свою форму и достигло высоты 60—65 км. Через 35 мин. облако под действием ветра разорвалось и имело два яруса: диаметр верхнего яруса составлял 90—95 км, а нижнего – 70 км. Диаметр ножки гриба – 26—28 км. Облако взрыва было видно на удалении до 800 км. Отмечено заметное влияние на северное сияние и прохождение радиоволн. Достаточно стабильная картина северного сияния после взрыва нарушилась, проявилась хаотичность в общей картине, внезапные пропадания и перемещения зон свечения. Радиосвязь с самолетами по всем радиоканалам прервалась на время до 40 мин. Факт взрыва был зафиксирован практически всеми сейсмостанциями мира. Причем волна обогнула земной шар не один раз. По северному побережью СССР и Скандинавии прокатились мощные цунами. В течение нескольких суток отмечалось свечение ночного неба.
По результатам самолетных и наземных измерений мощность произведенного взрыва была оценена в 50 Мт тротилового эквивалента, что соответствовало проектным данным. Таким образом, состоялся самый мощный термоядерный взрыв за всю историю проведения испытаний ядерного оружия во всем мире. Это изделие первоначально предполагалось изготовить с учетом получения мощности взрыва до 100 Мт. По различным соображениям и предложениям было принято решение о введении в изделие конструктивных мер, снижающих расчетное значение мощности до 50 Мт. Испытания показали, что 95 % энергии при взрыве дал термоядерный синтез. Подтвердились идеи, предложенные Сахаровым А.Д., Адамским В. и Трутневым Ю., с использованием которых можно создать ядерную бомбу любой мощности.
В тот же день, 30 октября 1961 г., делегированные съездом на эти испытания Славский Е.П. и Москаленко К.С. доложили телеграммой в адрес Первого секретаря ЦК КПСС Хрущеву Н.С. об успешном испытании супербомбы. Достигнутый этим испытанием успех в разработке ядерного оружия в нашей стране трудно было переоценить. Многие ученые, конструкторы, работники промышленных предприятий и испытатели были удостоены высоких правительственных наград. Не были забыты и авиаторы. За проявленные мужество, отвагу и героизм при испытании самой мощной термоядерной бомбы командиру экипажа самолета-носителя Ту-95 подполковнику Дурновцеву Андрею Егорьевичу (командиру эскадрильи 409 тбап 106 тбад 2 отбак), штурману эскадрильи этого экипажа майору Клещу Ивану Никифоровичу и командиру экипажа самолета Ту-16 подполковнику Мартыненко Владимиру Федоровичу Указом Президиума Верховного Совета СССР от 7 марта 1962 г. присвоено звание Героя Советского Союза, начальнику 71-го полигона генерал-лейтенанту Чернорезу Виктору Андреевичу – звание Героя Социалистического Труда. Правительственных наград был удостоен весь состав экипажей самолета-носителя и самолета-дублера (ордена Ленина – Евтушенко Г.М и Григорюк С.А., ордена Красного Знамени – Кондратенко М.К., Снетков В.М., Муханов В.И., Музланов В.Т., ордена Красной Звезды – Бобиков А.С., Прокопенко А.Ф., Машкин М.П., Болотов В.А.), а также особо отличившиеся из технического состава обслуживания самолетов, других обслуживающих подразделений и инженеров-испытателей авиационной группы полигона. Постановлением Совета Министров Союза ССР от 22 февраля 1962 г. Куликову С.М. была присуждена Ленинская премия.