Вопрос о вреде воздушных испытаний атомного оружия стоял с самого первого испытания. Мощности были сравнительно небольшими, зоны заражения соответственно тоже. В безлюдных местах зоны поражения обозначались, при необходимости переселялись люди. Однако испытания водородного оружия, постоянный рост его мощности сделали защиту людей от последствий воздушных испытаний невозможной. В России этот период начался с 1955 года. Слово Андрею Дмитриевичу: «В 1957 году я написал, а в 1958 году опубликовал статью «Радиоактивный углерод ядерных взрывов и непороговые биологические эффекты». Работа над ней явилась важным этапом в формировании моих взглядов на моральные проблемы ядерных испытаний». В работе показано: «При взрыве всех видов ядерного оружия, включая и так называемую «чистую» водородную бомбу, в атмосферу попадает огромное количество нейтронов, которые захватываются азотом воздуха с образованием долгоживущего (время полураспада ~ 5000 лет) радиоактивного изотопа углерода C-14. Попадая в водные бассейны, организм человека радиоактивный изотоп углерода при своем распаде вызывает радиационное поражение». Говоря о непороговых эффектах, Андрей Дмитриевич предупреждает, что радиационное поражение человека наступает от малых доз облучения, то есть таких, после которых не возникает симптомов собственно лучевой болезни. Человек не подозревает, что не только он, но и его потомки обречены. Генетические дефекты, возникающие в половых клетках облученных людей, обязательно проявятся той или иной форме даже у самых отдаленных потомков, до нескольких десятков поколений. Последствия хотя бы однократного облучения будут растянуты на сотни и тысячи лет. «Особенность отдаленных биологических последствий ядерных взрывов… в том, что их можно вычислить, определить более или менее точно общее число жертв, но практически невозможно указать, кто персонально эти жертвы, найти их в человеческом море, и наоборот, — видя умершего человека, скажем, от рака, или видя ребенка, родившегося с врожденным дефектом развития, мы никогда не можем утверждать, что ранняя смерть или уродство есть последствия ядерных испытаний… Это создает… своеобразную психологическую с ситуацию, в которой разные люда чувствуют себя по-разному».
По мнению Сахарова, «единственная специфика в моральном а аспекте данной проблемы — это полная безнаказанность преступления (ядерных воздушных испытаний), поскольку в каждом конкретном случае гибели человека нельзя доказать, что причина лежит в радиации, а также в силу полной беззащитности потомков по отношению к нашим действиям». Позднее Андрей Дмитриевич скажет о воздушных испытаниях: «Мы, каждый из нас, в каждом деле, и в «малом», и в «большом» должны исходить из конкретных нравственных критериев… Нравственный критерий категорически диктует нам — не убий!». Путь к победе, выстраданной Сахаровым, — испытания были «загнаны под землю» в 1963 году — к несчастью лежал через личную трагедию гениального физика.
Осенью 1961 года Хрущев собрался отменить мораторий на испытания, действовавший в 1959, 1960 и в первой половине 1961 года. По инициативе Сахарова и Харитона на предстоящую сессию испытаний осенью 1961 года дополнительно к подготовленным двумя ядерным центрами многочисленным зарядам суммарной мощностью в десятки мегатонн, был предложен заряд рекордной мощности 100 мегатонн (испытывался с половинной мощностью). Причем этот заряд был создан не как оружие, а для «разовой силовой демонстрации», то есть основной довод наших атомщиков, и в первую очередь Сахарова, что оружие создавалось для стратегического равновесия, здесь не действует. Более того, Курчатов в 1960 году, когда армия была вооружена ракетами с боеголовками мощностью в несколько мегатонн, ясно объявил: народ может быть спокоен, он надежно защищен. Предстояло совершенствовать безопасность и надежность оружия, а не бесконечно наращивать его мощности. С другой стороны, цитата из Сахарова: «…Хрущев уже знал основные линии намечавшихся испытаний, в частности о предложенном нами к испытаниям рекордно мощном изделии. Уменьшение доли процессов деления суммарной мощности сводило к минимуму число жертв от радиоактивных выпадений в ближайших поколениях, но жертвы от радиоактивного углерода, увы, оставались, и общее число их было колоссальным». Андрей Дмитриевич активно призывает Хрущева не возобновлять испытания. Хрущев непреклонен. Испытания состоялись. Ударная волна от взрыва трижды обогнула земной шар. Радиоактивного углерода хватило всем. Андрей Дмитриевич назвал взрыв «гвоздем программы». В отчете по результатам испытаний собственноручно написал: «Успешное испытание заряда… доказало возможность конструировать на этом принципе заряды практически неограниченной мощности». А. Д. Сахаров получает третью Звезду Героя. Создается впечатление, что в 1961 и в 1962 годах независимо друг от друга действуют по очереди два Сахарова — гениальный физик и великий гуманист.