Години наред група съветски физици работят над бомба АН602 под ръководството на Игор Курчатов – сред тях са Андрей Сахаров, Виктор Адамски, Юрий Бабаев, Юрий Смирнов, Юрий Трутнев и други.
Изделието с мощност от 100 мегатона е готово за изпитания още през 1959 г., но Никита Хрушчов се надява да успокои отношенията със САЩ и нарежда да се отложат тестовете.
Но през лятото на 1961 г. става поредно обостряне на конфликта – в Берлин започват да строят стена, в Куба влизат американски войски, в резултат на което съветското правителство дава разрешение за възобновяването на изпитанията на ядреното оръжие.
Новината бързо се разпространява по цял свят, а още в началото на септември 1961 г. вестник The New York Times публикува статия със заявлението на Хрушчов: "Нека знаят онези, които мечтаят за нова агресия, че у нас ще има бомба, равна по мощност на 100 млн. т тринитротолуол, че вече имаме такава бомба и ни остава само да изпитаме взривното устройство за нея".
Но в действителност мощността за изпитанията е понижена двукратно. Това е направено, за да се избегнат катастрофалните последствия от взрива и площта на радиоактивното замърсяване след това. Решението е обнародвано. На XXII конгрес на КПСС Никита Хрушчов заявява: "Казахме, че имаме бомба от 100 млн. т тротил. И това е вярно. Но няма да взривяваме такава бомба, защото, ако я взривим дори в най-отдалечените места, то и тогава можем да избием прозорците у нас".
Бомбата е с дължина от около 8 м и не се побира в самолет Ту-95, поради което за нея се готви нов самолет-носител. Конструкторите изрязват част от корпуса на стратегическия бомбардировач, но дори така "Цар Бомба" наполовина стърчи от самолета.
На 30 октомври от авиобазата към Нова Земя излитат два самолета: Ту-95 и лаборатория Ту-16. Два часа след излитането им бомбата е пусната с парашут на височина от 10 км в пределите на ядрения полигон Сухи Нос. Парашутната система е крайно необходима – тя позволява на екипажа на самолета да се отдалечи на относително безопасно разстояние. В свободно падане на бомбата шансовете им за оцеляване са едва от 1%.
Бомбата е взривена на височина от 4200 м – следва ослепителен взрив с дължина от около минута, нагоре се издига ядрена гъба. За 40 секунди тя стига 30 км височина, а след това се разпространява на 67 км с диаметър на купола от 20 км. Сеизмичната вълна от взрива три пъти обикаля земното кълбо.
Въпреки гъстата облачност импулсът се разпростира на над 1000 км от точката на взрива. В най-близките населени места са разрушени жилищните домове. Заради електромагнитното излъчване на територия от стотици километри от полигона пропадат радиовръзките за около 50 минути. Въпреки това 2 часа след взрива учените могат да работят в епицентъра – замърсяването в района се оказва безопасно за здравето.
Според окончателните оценки на специалистите мощността на "Цар Бомба" е около три пъти по-голяма от тази на атомната бомба, хвърлена от САЩ над Хирошима през 1945 година.
Изпитанията шокират всички държавни лидери, Разработчиците и ръководството на СССР добре разбират, че подобна бомба няма да се ползва за военни цели. Но с нейна помощ постигат ядрен паритет със САЩ.
В резултат на продължителни преговори през август 1963 г. в Москва представители на САЩ, СССР и Великобритания подписват Договор за забрана на изпитанията на ядрено оръжие в космическото пространство, под вода и на земната повърхност, отбелязва "Российская газета".