Испытания бомбы состоялись 30 октября 1961 года. Подготовленный Ту-95В с реальной бомбой на борту, пилотируемый экипажем в составе: командир корабля А. Е. Дурновцев[15], штурман И. Н. Клещ, бортинженер В. Я. Бруй, вылетел с аэродрома Оленья и взял курс на Новую Землю. В испытаниях участвовал также самолёт-лаборатория Ту-16А.
Через 2 часа после вылета бомба была сброшена с высоты 10 500 метров на парашютной системе по условной цели в пределах ядерного полигона «Сухой Нос». Бомба опускалась на основном парашюте площадью 1600 м², общая масса парашютной системы (включавшей ещё пять вытяжных парашютов, срабатывавших тремя «каскадами»[16]) составляла 800 кг[17].
Подрыв бомбы был осуществлён барометрически в 11 часов 33 минуты МСК (08:33 UTC), через 188 секунд после сброса на высоте 4200 м над уровнем моря (4000 м над целью)[15](однако есть и другие данные о высоте взрыва — в частности, назывались числа 3700 м над целью (3900 м над уровнем моря) и 4500 м[18]).
Самолёт-носитель к моменту взрыва успел улететь на расстояние 39 км, а лаборатория ещё дальше — примерно на 53,5 км. Ударная волна догнала самолёт-носитель на удалении 115 км, действие ударной волны от взрыва ощущалось в виде вибрации и не повлияло на режим полёта самолёта[19].
Самолёт-лаборатория к моменту прихода ударной волны был на расстоянии 205 км от места взрыва. Измеренная мощность взрыва (58,6 мегатонны) заметно превысила проектную (51,5 мегатонны). Есть сведения, что по первоначальным данным мощность взрыва АН602 была существенно завышена и оценивалась величинами до 75 мегатонн | 
