Работы были начаты 15 июня 1932 года. Промывка туннелей велась с помощью водяной струи: пневматических грунтососов на Севере еще не было. В промытые туннели к 1 августа завели стальные проводники. Но стальной трос и полосовую сталь для стропов и полотенец еще не успели отгрузить из Ленинграда, и работы в море пришлось временно свернуть.
К весне следующего года в Архангельск поступили понтоны и все необходимые материалы. Однако из-за льда, забившего Кандалакшский залив, работы были возобновлены лишь 19 июня. С большим трудом удалось протащить через туннели двойные судоподъемные полотенца. Недостаточной оказалась мощность лебедки и брашпилей «Декрета» и «Совнаркома». Плохо держали мертвые якоря. Полотенца то и дело цеплялись за камни. Большую сложность представлял водолазный контроль в туннелях. Все это удлинило срок протаскивания на неделю.
28 июня к месту работ были отбуксированы первые три понтона, началась их остропка. На этом этапе работ эпроновцы столкнулись с явлением, которое сразу разгадать никто не мог. Понтоны, отбалластированные в Архангельске, никак не удавалось затопить у борта «Садко»: одни вовсе не погружались, другие притапливались лишь на небольшую глубину. Причиной этого явилась разница в удельном весе воды в Северной Двине и в Кандалакшском заливе. Пришлось тут же, в море, навешивать на каждый понтон до тонны дополнительного балласта.
Немало труда и смекалки потребовалось от эпроновцев при остропке понтонов. Работали в основном на ощупь, соединяя под понтонами скобами весом до 160 килограммов стальные двойные полотенца с двойными стропами. Большое мужество и сноровку проявили все водолазы, боцманы и такелажники, но особенно отличились старший водолазный инструктор А. П. Федотов, выполнявший самые сложные задания, старший водолаз П. М. Смольников, проводивший под водой по 6–7 часов без перерыва, водолаз Ибрагим Тангаличев, спасший своего товарища, Арсеньева, у которого шланг придавило понтоном, боцман Дубровкин и другие.
Непредвиденные трудности встретились и при выравнивании еще незнакомых цилиндрических понтонов. Но постепенно приходили необходимые навыки, и дело продвигалось вперед.
Были и серьезные неудачи. 20 августа, когда подготовка к подъему уже завершилась, внезапно выскочила наверх носовая пара понтонов: не выдержали стропы. Военком экспедиции А. Г. Шамрин — в прошлом матрос-большевик, участник штурма Зимнего, боев за Красную Горку и Ледового похода, после гражданской войны несколько лет проработавший на судоподъеме такелажником, — организовал изготовление других, более прочных стропов. На частичную перестройку понтонов ушло 12 дней.
Приближалось время заморозков. Чтобы закончить подъем к ледоставу, Ф. И. Крылов перевел все работы на круглосуточный режим.
В сентябре неудачей закончились две попытки поднять «Садко». И в этих случаях не выдержали сростки стропов, и понтоны всплыли.
14 октября была предпринята новая генеральная продувка понтонов. На этот раз она увенчалась успехом. В 15 часов 15 минут корма «Садко» всплыла и осталась на поверхности. Боцман Дубровкин водрузил на ней Государственный флаг СССР. Быстро сгущались сумерки. Поэтому окончательный подъем судна пришлось отложить до утра. На следующий день к 10 часам ледокол всплыл полностью. Спасательный буксир «Совнарком» (капитан Н. А. Клих) перевел его на отмель у острова Богомолиха.
Коммунистическая партия и советский народ высоко оценили эту победу. «Поздравляем героических работников советской подводной техники, краснознаменных эпроновцев, с новым блестящим трудовым успехом — подъемом с морского дна ледокола „Садко“, — говорилось в приветственной телеграмме руководителей партии и правительства. — Эта ваша победа, одержанная в тяжелых условиях холодного Севера, является выдающимся образцом большевистской работы».
К 27 октября «Садко» был полностью поставлен на плав. После бетонирования пробоины его отбуксировали к причалу в Кандалакшу, а оттуда — в Архангельск. Трудящиеся города торжественно встретили эпроновцев, на митинге горячо поздравили их с выдающимся успехом. Большая группа участников подъема ледокола была награждена орденами Советского Союза.
Судостроители быстро отремонтировали «Садко». Уже в кампании 1934 года он вошел в состав действующих ледоколов Главного управления Северного морского пути.