Лучшие силы полярной авиации были привлечены для участия в первой советской высокоширотной воздушной экспедиции, вошедшей в историю Арктики под условным названием «Север-1». Заместителем начальника экспедиции был назначен начальник Управления полярной авиации Главсевморпути М. И. Шевелев, флагманским штурманом экспедиции — И. Т. Спирин, командиром воздушного отряда и пилотом головного самолета — М. В. Водопьянов, командирами трех остальных тяжелых самолетов ТБ-4 — В. С. Молоков, А. Д. Алексеев и И. П. Мазурук, командиром разведывательного самолета — П. Г. Головин. Следует отметить, что Водопьянов и Молоков уже были Героями Советского Союза из числа самой первой семерки героев: это звание введено в 1934 году после челюскинской эпопеи. Вторые пилоты самолетов экспедиции — заслуженные полярные летчики, уже прославивший себя смелыми полетами в Арктике: М. С. Бабушкин, М. И. Козлов, Г. К. Орлов, Я. Д. Мошковский; такими же арктическими «асами» были и остальные члены экипажей: штурманы Н. И. Жуков, В. И. Аккуратов, А. А. Ритслянд, радист С. И. Иванов, бортмеханики К. Н. Сугробов, Н. Л. Кекушев, В. Л. Ивашина и другие. Все эти имена золотыми буквами вписаны в историю Арктики.
Старт воздушной экспедиции был дан 22 марта 1937 года. Первым вылетел разведывательный самолет Н-166 летчика Головина, за ним поднялись в воздух остальные машины. На пяти самолетах экспедиции находилось сорок три человека — основной состав экспедиции. Погода на редкость не благоприятствовала полету. Сначала она задержала вылет воздушного отряда из Москвы почти до конца марта, а потом воздвигала препятствия на пути продвижения к полюсу. Сделав на пути посадки для заправки горючим на промежуточных аэродромах Л в Архангельске, Нарьян-Маре, мы лишь 18 апреля прилетели на остров Рудольфа. Там мы застряли на целый месяц. Синоптик экспедиции Б. Л. Дзердзиевский упорно «караулил» летную погоду, а ее все не было. Правда, используя появление «окон», Головин произвел несколько разведывательных полетов, а 5 мая летал даже над полюсом. Этот полет имел исключительно важное значение, так как Головину удалось рассмотреть характер ледяного покрова в районе полюса. «Я видел внизу громадные поля, частично гладкие, частично всторошенные, с большими трещинами. Я увидел, что подходящую площадку выбрать можно», — рассказывал Головин.
Сразу после прилета на остров Рудольфа самолеты были догружены грузами для полюса, и мы все находились в состоянии тревожного ожидания, готовые в любой момент услышать команду Водопьянова занимать, места в самолетах. Дни текли один за другим, а команды ясе не было. Это начинало не на шутку беспокоить. Решили изменить план дальнейшего полета: сначала вылетит один самолет Водопьянова, сядет на лед и потом вызовет к себе остальные самолеты в зависимости от погоды.