Первоначально поход на полюс наметили на 1960 г. «К-3» предоставили время, чтобы привести механизмы и системы в порядок после нагрузок, выпавших на ее долю в первых плаваниях. Лодка находилась в Северодвинске на заводе, и это, казалось бы, облегчало работы. Однако они затянулись. Камнем преткновения стала система очистки воды второго контура. «Месяца три мы возились с новой системой очистки, — рассказывал много лет спустя контр-адмирал Л.М. Жильцов. — А она не действовала. И речи не могло быть, чтобы идти с ней под лед».
Американские же атомные подводные лодки к этому времени не только уже успешно плавали подо льдами Центрального Арктического бассейна, но и не раз достигали в подледном плавании Северного полюса, не скрывая при этом, что походы их связаны с возможным использованием Арктики в военных целях.
Необходимо, считало руководство страны, противопоставить американским подводникам надежный щит в подледных глубинах.
Впервые американская атомная подводная лодка (ею был «Наутилус») появилась в Полярном бассейне в сентябре 1957 г., совершив под командованием капитана 2 ранга У. Андерсона пробный поход подо льдами Центральной Арктики. «Наутилус» пробыл тогда подо льдом пять с половиной суток, не дойдя до Северного полюса 180 миль. Подготовка к плаванию и сам поход проводились по «Программе обеспечения деятельности подводных лодок для действий в условиях холода и арктической зоне» — «СКАМП».
В этом походе «Наутилус» постигли неудачи: вышел из строя высоко - широтный гирокомпас (инерциальной навигационной системы на борту тогда еще не было), а когда удалось ввести в строй, надежность его работы внушала сомнение. В довершение оказались повреждены перископы.
В 1958 г. американцы предприняли новые попытки отправиться к Северному полюсу. С этой целью на «Наутилусе» для надежного определения координат и элементов движения корабля установили новейшую по тому времени корабельную инерциальную навигационную систему. Увенчалась успехом лишь пятая попытка. 3 августа «Наутилус» в конце концов достиг полюса, совершив плавание из Тихого океана через Берингов пролив в Чукотское море и оттуда в Арктический бассейн через узкую впадину, глубина которой составляла всего 100 м. Вернулся подводный корабль на чистую воду западнее Шпицбергена уже в другом, Западном полушарии.
Всего «Наутилус» находился подо льдом 97 ч (чуть более четырех суток), пройдя за это время 1830 миль со средней скоростью около 19 узл. Примерно в то же время совершила поход к полюсу еще одна американская подводная лодка — «Скейт», пройдя полярную вершину земного шара 11 августа. На следующий день она всплыла в 40 милях от полюса и установила связь с американской дрейфующей станцией «Альфа». За 10 ходовых суток и 14 ч «Скейт» преодолела подо льдом расстояние в 2405 миль. В следующем году эта же лодка совершила второе путешествие к Северному полюсу, во время которого 10 раз всплывала в полыньях и разводьях, проламывая рубкой полуметровый лед. Как первое, так и второе плавание «Скейт» совершила из Атлантики.
Еще одна лодка — «Сарго» — проникла в Арктику из Берингова пролива через Чукотское море. Это был первый поход в условиях полярной ночи. Он состоялся в январе—феврале 1960 г. Подо льдом лодка находилась 41 сутки и 4 часа. «Сарго» всплывала во льду 16 раз.
Новый путь к полюсу через Северо-Западный проход подо льдами лабиринта островов и полуостровов Канадского архипелага проложил в 1960 г. американский атомный подводный корабль «Сидрэгон», взяв потом курс к Берингову проливу. В начале августа 1962 г. состоялось рандеву американских атомных субмарин «Скейт» и «Сидрэгон» в районе Северного полюса.
Позднее стали известны и истинные цели этой встречи, которую журналисты США назвали «исторической». Оказывается, она состоялась вовсе не для того, чтобы поиграть в бейсбол в экзотическом месте, о чем писали некоторые органы американской печати, а для проведения совместного учения по поиску и уничтожению «вражеской» подводной лодки, в ходе которого осуществляли друг против друга учебные торпедные атаки.
Было бы, однако, необъективно утверждать, что во время вышеперечисленных походов не велось научных наблюдений. Напротив, они носили довольно обстоятельный и разносторонний характер. Само собою разумеется, изучение возможностей звукоподводной связи и гидролокации, выявление наиболее характерных очертаний подводного рельефа и глубин, совершенствование аппаратуры для определения толщины льда, обнаружения полыней и разводий, способов безопасного плавания в районах скопления айсбергов, поддержание устойчивой связи с базой — все это имело немаловажное значение для подводного флота, его действий в глубинах Полярного бассейна.