La bombe explosa à 11h30, le 31 octobre 1961, à une altitude de 4 000 m au-dessus de la cible et de 4 200 m au-dessus du niveau de la mer, lors d'un test dans l'archipel de la Nouvelle-Zemble (Océan Arctique) [Montrer la localisation sur une carte interactive] 73°70′N 54°00′E / 74.167, 54. Elle fut larguée d'un bombardier Tu-95 piloté par Andreï E. Dournovtsev de 10 500 m d'altitude vers 11h30. La bombe était équipée d'un parachute pour permettre au bombardier de s'éloigner à une distance de sécurité de la zone d'explosion. La détonation développa une boule de feu de 7 km de diamètre. L'éclair de l'explosion était visible à plus de 1 000 km du point d'impact et le champignon atomique en résultant parvint à une altitude de 64 km avec un diamètre de 30 à 40 km. Au niveau de l'explosion, tout était effacé, le sol avait été nivelé et faisait penser à une « patinoire ». Des maisons de bois furent détruites à des centaines de kilomètres, d'autres perdirent leur toit. La chaleur fut ressentie à 300 km. La Tsar Bomba pouvait infliger des brûlures au troisième degré à plus de 100 km de distance alors que la zone de destruction complète se situait dans un rayon de 35 km. Sur un rayon de 180 km, les retombées radioactives étaient potentiellement mortelles.
L'explosion a été estimée à 57 mégatonnes par les États-Unis. Plus tard, les scientifiques russes ont publié une puissance de 50 mégatonnes. Par comparaison, la bombe Little Boy avait une puissance de 13 à 16 kilotonnes (0,013 à 0,016 mégatonne). Les Soviétiques auraient limité la puissance prévue initialement à 100 mégatonnes afin, selon le mot de Khrouchtchev, « de ne pas briser tous les miroirs de Moscou ».
Actuellement, la plus puissante bombe nucléaire en service est une ogive de 18 à 25 mégatonnes montée sur les ICBM soviétiques puis russes SS-18 (Code OTAN Satan).
L'essai américain le plus puissant en comparaison est un tir accidentel de 15 mégatonnes, nom de code Castle Bravo : Un rendement de 5 mégatonnes a été initialement prévu et a causé un grave accident radiologique. et en prime voilà ce que ça ferais sur paris !! c'est moi qui appuie sur le bouton rouge !!