Под кромку пакового льда К-178 ушла 17 сентября и следовала по маршруту К-115. 20 сентября произведено всплытие в полынье размером 800 на 200 метров в районе полярной станции «Северный Полюс-10». По маршруту похода толщина ледяного покрова была около 5 метров. Углубления отдельных торосов достигало до 18–20 метров. 22 сентября выполнено три всплытия в полыньях возле советской научно-исследовательской дрейфующей станции «Северный Полюс-12» (начальник станции Ю.Б. Константинов). Первый раз всплыли в трещине шириной до 150 метров, второй раз – в полынье 500 на 250 метров, затянутой тонким ниласом (молодым льдом), третий раз – в ледовом канале 900 на 200 метров. В некоторых полыньях лодка без труда проламывала лёд толщиной около 20 сантиметров.
Манёвр всплытия в полынье был в то время совершенно новым и очень трудным. Вот как его описывает один из участников похода: «Чтобы ледяной «гребёнкой» не срезать верхнюю часть ограждения рубки вместе с выдвижными устройствами, очень важно погасить инерцию движения корабля, т. е. всплывать без хода при почти нулевой плавучести. Корабельный лаг не фиксирует скорость корабля, меньшую 2–3 узлов. Для того чтобы убедиться, что инерция погашена и ПЛ не имеет хода, давался воздушный пузырь через кингстон глубиномера. Если воздушные пузыри шли вверх строго вертикально, значит ПЛ остановлена и можно всплывать. Если же пузыри уходили в корму, значит ПЛ имеет ход. Продолжали работать ГЭД (гребные электродвигатели. – Примеч. авт.) до погашения инерции. При плавании подо льдом самописец эхоледомера постоянно вычерчивал профиль льда, напоминающий электрокардиограмму. Толщина пакового льда в различных районах плавания различная: 3–5, 5–7 метров, были районы с толщиной льда 15–20 и более метров. Для выхода на сеансы связи осуществляли так называемые «приледнения».
Первое всплытие во льдах Центральной Арктики было днем. Всплыли в полынье, по размерам почти полностью соответствующей размерам ПЛ. Оставалось только удивляться, как командир сумел её отыскать. По отваленным носовым горизонтальным рулям сходили на лёд, фотографировались боевыми сменами. Осмотрелись. Кругом ослепительно белый снег, торосы – точь- в-точь, как в учебниках географии или документальных фильмах. И как-то жутковато среди этого белого великолепия видеть чёрную зловещую громаду атомохода. Силища страшная: всплывёт в полынью, выпустит ракеты, нырнёт под лёд – и ищи его подо льдом как иголку в стоге сена».
По ряду причин экипажу не удалось посетить дрейфующие станции. 29 сентября в 5:50 ракетоносец вышел из-под кромки пакового льда севернее острова Врангеля и всплыл в надводное положение. Здесь корабль встречали ледоколы «Пересвет», «Макаров» и спасательное судно СС-37. После прохода Берингова пролива подводная лодка вновь погрузилась