За три дня до испытания (первоначально назначенного на 20 ноября) все представители военного командования получили указания о начале проведения разъяснительной работы среди населения режимных зон и соответствующей подготовке зданий к возможному действию ударной волны.

Бомба была подготовлена специалистами КБ-11 и передана для подвески к самолету в 6 часов 45 минут 20 ноября 1955 г., но из-за отсутствия визуальной видимости цели и отказа радиолокационного бомбардировочного прицела бомбометание не состоялось. (На самолете устанавливались два прицела, радиолокационный и оптический.) Самолету с бомбой разрешили посадку только после того, как Я.Б. Зельдович и А.Д. Сахаров дали письменное заключение о безопасности посадки самолета с зарядом, а специалисты ВВС проанализировали все сценарии аварийной ситуации при посадке самолета.

Семипалатинский аэродром имел ограниченную взлетно-посадочную полосу для самолета с такой нагрузкой (~ 5,5 т), поэтому приземлился он с парашютным торможением, с трудом вписавшись в полосу. В дальнейшем было принято строгое решение о дублировании испытаний вторым самолетом с прицелом.

Испытание РДС-37 было проведено 22 ноября 1955 г. В 6 часов 55 минут бомбу подвесили к самолету, который вылетал в 8 часов 34 минуты. Командир экипажа—майор Ф.П. Головашко, штурман—майор А.Н. Кириленко, второй летчик— капитан И.М. Роменский, штурман-оператор радиолокатора— капитан В.И. Лазарев, стрелок-радист— лейтенант Б.И. Ожерельев, командир огневых установок — старшина Н.П. Суслов.

В 9 часов 47 минут было произведено прицельное бомбометание с высоты 12 км при скорости самолета 985 км/ч. Бомба сброшена над опытной площадкой П-5. Взрыв произошел на высоте 1550 м, в этот момент самолет находился от места взрыва на расстоянии 15 км (нагрев его обшивки достигал 42-82 °С).

Результаты воздушной и наземной радиационных разведок на радиоактивном следе после воздушного взрыва РДС-37 однозначно показали, что доза внешнего гамма-излучения за пределами территории полигона менее 0,3 Р, поэтому можно утверждать: облучению с превышением дозовых пределов население не подвергалось.

В эпицентре взрыва через 2 часа мощность дозы гамма-излучения не превышала 1,5 Р/ч. Радиус зоны с Р < 0,5 Р/ч составлял через 2 часа 800 м.

При взрыве РДС-37 впервые значимо проявилось влияние метеорологических факторов (градиентов температуры и скорости в атмосфере). В день взрыва установилась температурная инверсия (т.е. температура воздуха с высотой поднималась). Скорость ветра с высотой также увеличивалась. При таких метеоусловиях давление в звуковой волне на поверхности Земли оказалось в 2-3 раза больше, чем при стандартных метеоусловиях. Ударная волна нанесла повреждения строениям и остеклению зданий в 59 населенных пунктах (разрушено 28 тыс. м2 остекления на расстояниях до 175 км).

Одним из основных результатов испытаний 1955 г. в отношении безопасности явился вывод о том, что размеры Семипалатинского полигона исключают проведение испытаний мощных термоядерных зарядов (для наземных испытаний определяющим является опасность радиоактивного загрязнения, для воздушных испытаний большой мощности — опасность повреждения зданий). По результатам испытаний 1955 г. были приняты рекомендации по допустимой мощности взрывов, которые могли проводиться на Семипалатинском полигоне при различных метеорологических условиях. С 1957 г. заряды большой мощности, заряды мегатонного класса, стали испытываться на новом ядерном полигоне № 700 МО СССР (Северный испытательный полигон на Новой Земле).

Сводные материалы по результатам испытания изделия РДС-37 были подписаны И.В. Курчатовым, Ю.Б. Харитоном, Н.Н. Семеновым, А.Д. Сахаровым, Я.Б. Зельдовичем, М.А. Садовским, А.В. Енько, Б.М. Мамотовым, И.Н. Гуреевым.

Постановлением Совета министров СССР по вопросам работы атомных бомб и определения их мощности в 1955 г. была образована комиссия, в состав которой вошли И.В.Курчатов (председатель), Ю.Б. Харитон, Б.Г. Музруков, Н.И.Павлов, Е.А. Негин, В.А. Давиденко и др. На заседание этой комиссии по определению мощности взрыва бомбы-устройства РДС-37 были приглашены В.А. Болятко, А.В. Енько, Б.М. Мамотов, Б.А. Олисов, О.И. Лейпунский, В.Ю. Гаврилов, М.А. Садовский, Г.И. Бенецкий, И.Н. Гуреев, Н.Н. Семенов. Основной доклад о результатах определения тротилового эквивалента водородной бомбы РДС-37 представил инженер-полковник И.Н. Гуреев, энерговыделение РДС-37 оценивалось в нем в 1,6 Мт тротилового эквивалента.

Рассмотрев результаты испытания РДС-37 на заседании 24 ноября 1955 г., комиссия отметила следующее:

• успешно испытана конструкция водородной бомбы, основанная на новом принципе;

• необходимо дальнейшее детальное исследование процессов, протекающих при взрыве бомбы этого типа;

• дальнейшую разработку водородных бомб следует проводить на основе широкого использования принципов, положенных в основу бомбы РДС-37.

В дни испытаний руководство страны находилось в Индии, и Е.П. Славский подготовил телеграмму об успешном испытании РДС-37/7, с. 419/: