Штаб полигона, его жилой городок-гарнизон располагались внизу по течению р. Иртыш, в 130 км от г. Семипалатинска.

В этом же гарнизоне находилась и гостиница, где жили и работали руководители испытаний и ученые. Расположенный в районе гарнизона грунтовый аэродром использовался авиагруппой 71-го полигона для связных полетов, а также для посадки и расснаряжения фильтр-гондол самолетов-заборников радиоактивных продуктов из облака ядерного взрыва.

Самолеты Ту-4, Ту-2 и Ли-2 перелетали из Крыма на аэродром базирования при испытаниях в Жана-Семей. Истребительные и другие легкомоторные самолеты в специальной упаковочной таре доставлялись на платформах железнодорожными эшелонами. В этих же эшелонах в железнодорожных теплушках перебазировался летно-технический и обслуживающий персонал, а также средства обеспечения полетов: бензо- и маслозаправщики, газодобывающие установки, радиолокационные, радио-связные и навигационные станции и другое многочисленное оборудование. Вся авиационная техника и технические средства были развернуты и рассредоточены в отведенных для них местах.

29 августа 1949 г. на Семипалатинском полигоне был испытан первый ядерный заряд РДС-1, установленный на башне высотой 37,5 м и имевший мощность 22 кт.

Радиоактивный след от первого ЯВ 29 августа 1949 г. мощностью всего 22 кт накрыл 11 административных районов Алтайского края. Средние индивидуальные дозы внешнего облучения у группы населения численностью 4,5 тыс. человек составили около 46 рентген.

Заслуги ряда участников первого ядерного взрыва были отмечены в специальном Постановлении Правительства СССР.

В 1951 г. 24 сентября в 16 ч. 19 мин. был произведен наземный взрыв ядерного заряда РДС-2, установленного на 30-метровой вышке. Мощность заряда РДС-2 составила 38 кт.

Испытание воздействия поражающих факторов ядерного взрыва на самолет и экипаж провел экипаж капитана Усачева на самолете Ту-4.

18 октября 1951 г. в 9 ч. 52 мин. экипажем 71-го полигона ВВС подполковника Уржунцева К.И. впервые выполнен сброс атомной бомбы с самолета Ту-4 и проведен первый ядерный воздушный взрыв мощностью 42 кт.

В 1953 г. 12 августа проведено наземное испытание первого термоядерного заряда РДС-6 с мощностью 400 кт, установленного на башне высотой 30 м.

Испытания бомбы РДС-27 мощностью 400 кт были проведены 6 ноября 1955 г. при сбрасывании экипажем 71-го полигона ВВС во главе с командиром Мартыненко В.Ф. с самолета-носителя Ту-16.

Назначенное на 20 ноября 1955 г. испытание более мощного термоядерного заряда РДС-37 мощностью 1,6 Мт не состоялось из-за отказа радиолокационного прицела самолета-носителя Ту-16 (в условиях плотной облачности визуальное прицеливание было невозможно). Участник первых испытаний на Семипалатинском полигоне Т. Тимошенко называет другую причину несостоявшегося взрыва. «…Причиной чрезвычайной ситуации стало то, что сигнал не проходил на систему сброса бомбы. Специалисты сняли блок, заменили его другим, опробовали – все нормально… Неисправность стала поводом для серьезного разбирательства. На Ленинградском заводе, где производили этот блок, пострадало человек 40. Кого-то арестовали, кого-то уволили, кого-то судили».

22 ноября 1955 г. бомба была сброшена с самолета Ту-16 экипажем Головашко В.Ф. и взорвалась на высоте 1550 м. При этом в селе Малые Акжары в 55 км от эпицентра обвалился потолок в одном из домов. Под завалом погибла трехлетняя девочка. В районе, расположенном в 36 км от эпицентра, были засыпаны землей в окопе шесть солдат, один из них умер от удушья. Случаи разрушения остекления наблюдались в отдельных населенных пунктах, расположенных на удалении до 350 км. 2 жителя получили ранения и ушибы осколками стекол и обломками строений. Это был самый мощный взрыв, произведенный на Семипалатинском полигоне. Он наглядно показал, что для взрывов такой мощности необходим новый полигон в более «уединенном» месте.