По плану ЛТУ для обеспечения необходимых измерений в боевом порядке полка предусматривалось использование отряда самолетов-лабораторий Ту-16 от авиагруппы 71-го полигона. За 6—7 дней до намеченной даты ЛТУ отряды боевых самолетов от авиаполков (три самолета Ту-16, включая самолет-носитель) перебазировались на аэродром «Оленья», где проводилась организационно-методическая работа по подготовке самолетов и их экипажей к участию в ЛТУ. В этой работе кроме комиссии по испытаниям принимали участие и специалисты 71-го полигона ВВС: Воскресенский М.Г., Новиков Е.И., Мезелев Л.М. и Щербина Б.Г. Каждым экипажем самолетов-носителей из отрядов ДА были выполнены тренировочные полеты для отработки взаимодействия с отрядом самолетов-лабораторий, пунктами управления и опытным полем Новоземельского полигона. При этом был проведен облет цели с выполнением маневра сбрасывания ядерной бомбы с самолета-носителя по дублеру.
Подвеска изделий на самолеты-носители и окончательная подготовка их к полету были выполнены расчетом воинских подразделений на аэродроме «Оленья» в день проведения ЛТУ. Полет отряда самолета-носителя и отряда самолетов-лабораторий осуществлялся по маршруту: Оленья – мыс Канин Нос – Рогачево – Панькова Земля – полигон (цель) – мыс Канин Нос – Оленья. Общая протяженность маршрута составляла 3350 км. Основная группа самолетов полков взлетала со своих аэродромов.
Отряд самолета-носителя и самолетов-лабораторий с боевым порядком полков встречался в р-не мыса Канин Нос. Связь в полете осуществлялась с командными пунктами аэродрома Оленья и Новоземельского полигона. Отряды самолетов-носителей располагались в голове боевого порядка полка. Впереди отряда самолета-носителя шел отряд самолетов-лабораторий на удалении 6—7 км, а перед самолетами-лабораториями – отряд самолетов обеспечения. За отрядом самолета-носителя следовали две эскадрильи боевых самолетов на удалении 50 км в боевом порядке «колонна отрядов» с дистанцией 6 км.
Первый вылет по ЛТУ был проведен 15 сентября 1962 г. в составе 24 экипажей на самолетах Ту-16, а второй – 16 сентября 1962 г. Летно-тактические учения были выполнены в строгом соответствии с планом учений и заданиями на полеты. По результатам самолетных и наземных измерений было установлено, что мощность взрыва изделий в обоих случаях соответствовала основным техническим характеристикам ядерного заряда. Воздействие взрыва на самолеты Ту-16 отряда носителя проявилось в повреждении светозащитного покрытия самолетов, разрушении посадочных фар и стекол бортовых аэронавигационных огней и обгорании обтекателей антенн радиолокаторов. Полученные повреждения не повлияли на безопасность полета самолетов. Подразделения самолетов Ту-16 боевого порядка, находившиеся в момент светового воздействия на удалении 50—75 км и ударной волны – от 35 до 50 км, затруднений в пилотировании самолетов не имели. Обход радиоактивного облака взрыва экипажами самолетов, следовавших за носителем, осуществлялся на расстоянии от кромки облака не менее 25 км. Радиоактивного облучения и загрязнения самолеты и экипажи при этом не получили.
Комиссия по ЛТУ отметила, что боевое применение изделий соответствующего типа с серийных самолетов Ту-16, имеющих светозащитное оборудование, обеспечивается. Перед выполнением повторных вылетов на задание требовалось проводить ремонт поврежденных узлов и восстанавливать защитное лакокрасочное покрытие самолетов. Была подтверждена достаточная подготовленность частей Дальней авиации к боевому применению ядерного оружия.
Учитывая важность и значимость проведенных ЛТУ, акт комиссии по представлению главкомов ВВС, ВМФ, ракетных войск и заместителя министра Минсредмаша был рассмотрен и утвержден министром обороны Малиновским Р.Я. и министром Минсредмаша Славским Е.П. За этими испытаниями последовал полуторамесячный перерыв, а затем началась подготовка к завершающему этапу воздушных ядерных испытаний.