Инициатором испытаний выступило военное ведомство. 29 сентября 1953 года Совет Министров СССР выпустил постановление о начале подготовки ВС к действиям в особых условиях. Атомную бомбу для учений создали ученые и конструкторы КБ-11; точно такую же несколькими годами ранее испытали на Семипалатинском полигоне.

Изначально заниматься подготовкой и проведением учений должен был генерал армии Иван Петров, однако он серьезно заболел и вернулся в Москву, а вместо него прибыл заместитель министра обороны Георгий Жуков. Именно прославленному маршалу, воспитанному на классических способах ведения военных операций и участвовавшему еще в Первой мировой, довелось опробовать в приближенных к боевым условиях самое страшное оружие, созданное под руководством его противника Лаврентия Берии.

«Запомнилось его постоянное настойчивое требование: все продумать, взвесить, просчитать, не допустить гибели людей, — вспоминал один из офицеров, работавший на Тоцком полигоне с маршалом. — Ведь все было ново, непредсказуемо. И Жуков с этой задачей справился. Учения прошли успешно. Тогда я воочию увидел и убедился, какой это был непревзойденный военный талант».

Ранним утром 14 сентября 1954 года войска заняли исходные позиции: «западные» играли роль обороняющихся и расположились в 10–12 километрах от центра взрыва, наступающие «восточные» — в пяти километрах, за рекой. Их головные подразделения в целях безопасности были выведены из первой траншеи и размещены в убежищах и укрытиях.

«Учение задумывалось как двухстороннее: „западные“ занимают оборону, „восточные“ сбрасывают на нее атомную бомбу и затем начинают наступление. После обустройства позиций „западных“ эвакуировали, „восточные“ [во время взрыва] тоже находились на безопасном расстоянии. Атомную бомбу сбросили на тыловой батальонный район обороны (на максимальном удалении от „восточных“), на двух передовых батальонных районах обороны просто взорвали бочки с бензином, чтобы имитировать ядерный взрыв».

В 9:20 командование во главе с Жуковым получило сведения о метеорологической обстановке и приняло окончательное решение. Командир экипажа Ту-4 летчик Кутырчев (он уже имел опыт испытаний атомной бомбы на Семипалатинском полигоне) получил по радио приказ на вылет. По сигналу «атомная тревога» войска заняли укрытия и убежища.

Солдатам раздали специальные затемненные вкладыши к противогазным стеклам, защитные бумажные накидки, защитные чулки и перчатки. Несмотря на 30-градусную жару, всех заставили надеть теплое белье — считалось, что оно эффективно защищает от радиации. Ядерный удар наносился в глубину обороны «противника», чтобы не поразить передовые подразделения.