Подготовка началась в июле 1954 года. Предстояло проведение учения в районе полигона Тоцкое с реальным применением атомного оружия в ходе боевых действий войск. Руководил учением Маршал Советского Союза Г. К. Жуков. Заместителем руководителя учения был заместитель главнокомандующего ВВС генерал-полковник Ф. А. Агальцов, заместителем начальника штаба руководства – начальник Главного штаба ВВС генерал-полковник авиации П. И. Брайко. Я возглавлял оперативную группу ВВС в составе штаба руководства. 5-я воздушная армия из Одесского военного округа полным составом выполняла задачи в составе фронта. Для выполнения реальных атомных ударов привлекалась группа самолетов-носителей Ту-4.
Оборонительная сторона подготовила реальную оборону на всю тактическую глубину. 25 полетов со сбросом имитационной атомной бомбы сделали носители за время подготовки. Прошла генеральная репетиция действий наземных войск, проводимая Г. К. Жуковым. Он находился на промежуточной наблюдательной вышке. После прохождения преодолевшей зону ядерного поражения танковой группировки он остановил ход наступления и пригласил на вышку командиров танковых подразделений. Он обратился к ним с вопросом: «Где мои архаровцы, которые стремительно наступали под Берлином? А сейчас разве это та стремительная атака? Вы медленно ползете, как будто кого-то боитесь. Покажите мне ту, забытую вами атаку». Жуков улыбался, когда вновь увидел стремительную атаку танкистов.
Организация учения обеспечивала полную безопасность наземных войск и авиации в момент взрыва. Для нанесения ядерного удара были выделены специально оборудованные самолеты Ту-4 и экипажи, имевшие опыт полетов с атомными бомбами на борту. Работать им предстояло с обычного аэродрома, расположенного в 680 километрах от полигона. Маршрут полета выбрали в обход крупных населенных пунктов. Учитывая однообразный характер степной местности, на основных его участках выставили пиротехнические посты, на которых должны зажигаться дымовые шашки оранжевого цвета, различимые с высоты 9 тысяч метров. В трех пунктах развернули приводные радиостанции. Предусматривалось также использовать радиотехнические средства ближайших аэродромов и широковещательные радиостанции городов.
Для обеспечения точного бомбометания цель обозначили тремя радиолокационными уголковыми отражателями и меловым квадратом с крестом в середине и хорошо выделявшимися углами. Почти 700-метровая «марка» была видна с удаления 50–60 километров. В 72 километрах от цели на маршруте установили еще два уголковых отражателя. Словом, были приняты все меры для безошибочного выхода самолетов в заданный район, бомбометания как с оптическим (при визуальной видимости), так и с радиолокационным прицелом.