Тем временем в Советском Союзе в апреле 1959 года дизель-электрическая подводная лодка Северного флота С-347 пр.613 под командованием капитана 3 ранга В.Н. Чернавина (в будущем главнокомандующего ВМФ) заходила под лёд для испытаний эхоледомера ЭЛ-1. Во время одного из всплытий по причине недостаточной точности работы прибора получила повреждение при ударе о лёд. Осенью пришёл черёд и атомной подводной лодки.
С 1 по 15 ноября 1959 года свой первый поход под лёд совершила и советская атомная подводная лодка К-3 под командованием Героя Советского Союза капитана 1 ранга Л.Г. Осипенко. Эта АПЛ была головным кораблём проекта 627 «Кит» (по классификации НАТО – November), первой советской (третьей в мире) атомной субмариной, имела два атомных реактора и две линии вала. На вооружении АПЛ имела торпеды и мины. 17 января 1959 года подводная лодка Постановлением Совета Министров СССР передана в состав ВМФ СССР в опытовую эксплуатацию (приёмный акт подписан 17.12.1958 г.).
Основная цель похода – испытания механизмов, навигационного комплекса и другого вооружения в условиях автономного плавания в высоких широтах. Поход планировался к северной оконечности Новой Земли, но там льда не нашли и лодку перевели в Гренландское море. Первый опыт плавания подо льдом оказался неудачным (пройдено 260 миль). Акустики не разобрались с шумами собственных винтов, отражёнными ледовым покровом, показания эхоледомеров были противоречивы. В этой ситуации при всплытии для выяснения обстановки был сильно погнут об лёд перископ. Поход пришлось прекратить, и лодка вернулась в базу. Перископ загнули практически на 90 градусов, и его загнутая труба накрыла все остальные выдвижные устройства. Были предприняты отчаянные попытки с помощью носового шпиля и тросов разогнуть трубу, однако сделать это не удалось. По существу, поход стал полным повторением первого захода под лёд американской АПЛ Nautilus. Однако тогда американским подводникам удалось с помощью домкрата выправить перископ. «Главный урок, который мы извлекли, – подо льдами нельзя вести себя так же, как и на чистой воде. <…> С тех пор экипаж «К-3» научился быть на „Вы“ не только с реактором, но и со льдами», – писал об этом походе командир Л. Г. Осипенко в книге «Атомная подводная эпопея».
Тем временем советские руководители осуществляли поиск всё новых возможностей доставки до территории США ядерного оружия. В конце 50-х годов осуществлено первое применение дальних (стратегических) бомбардировщиков Ту-95 в условиях Крайнего Севера. В ходе учений «Купол», эти самолеты садились на подготовленные взлётно-посадочные полосы из уплотненного снега. Вскоре были проведены первые посадки самолета