При обсуждении вопроса нового перелета в ЦК ВКП(б) Орджоникидзе представил всех трех летчиков Сталину. Сталин одобрил идею продолжения работ и новый экипаж, но для начала предложил провести предварительный перелет на дальность беспосадочного полета по внутрисоюзному маршруту: Москва - Баренцево море - Земля Франца Иосифа - мыс Челюскина - Петропавловск-Камчатский, о затем до Николаевска на Амуре с прохождением над северными морями, с целью испытаний самолета и его систем в арктических условиях.
Началась тщательная подготовка самолета и экипажа к перелету, проходившая под общим руководством начальника ОЭЛИД ЦАГИ Е.К.Стомана.
В июле 1936 г., за несколько дней до старта, летчики вновь были приняты Сталиным, который после подробного доклада Чкалова, утвердил окончательный маршрут перелета: Москва - о. Виктории - Земля Франца Иосифа - Северная земля - бухта Тикси - Петропавловск но Камчатке и, в случае благоприятных условий, маршрут продлевался до Николаевска-на-Амуре. Были предусмотрены меры на случай неудачи перелета: командующим Северной и Тихоокеанской флотилий было приказано держать наготове суда и гидросамолеты в случае вынужденной посадки; арктическим службам во главе с О.Ю.Шмидтом было поручено держать в готовности ледоколы, пароходы и специальные эскадрильи Полярной авиации на всем пути следования АНТ-25 от Москвы до Колымы; районы Камчатки и Сахалина поручались пограничным войскам НКВД; в море выводились даже рыболовецкие траулеры.
Старт самолета АНТ-25-2 20 июля 1936 г.
20 июля 1936 г. АНТ-25-2 в 5 ч. 45 мин. стартовал со Щелковского аэродрома по новому «Сталинскому маршруту». Тяжело нагруженный самолет набрал высоту и взял курс на Север. Вот как описывал позже начало перелета В.П.Чкалов: с Рассвет… Но аэродроме нос провожали друзья, знакомые, конструкторы самолета, летчики. Какую теплую заботу проявляли они все!.,. Мы летели к ледяной Арктике, туда, где сейчас крутые сутки сверкает полярное солнце. Над Великим Северным морским путем, где творится столько сказочного, столько героического, мы прокладываем Великий Северный воздушный путь.„»
Через 25 мин. после старта была получена первая радиограмма с борта АНТ-25-2:
«Слышим хорошо, все в порядке, моторная часть роботает хорошо Привет всем».
Вот еще несколько характерных радиограмм:
7 ч. 7 мин. «Находимся: широта
58 град, долгота 38 град. Все в порядке. Высота полета 1000 м. Температура 10 град.»,
8 ч. 12 мин. «Находимся: широта
59 град. 15 мин., долгота 38 град. 0 мин. Все в порядке, высота 1350 м, температура 10 град, путевая скорость 164 км/ч, обороты мотора 1720».
11 ч.Ю мин. «Все в порядке, находимся Онега, два часа шли над облаками но высоте 2000 м, теперь меняется погода, самочувствие экипажа хорошее. Привет».
14 ч. 10 мин. «Все в порядке. Находимся на широте 68 град., долгота 38 град. 20 мин., передавайте на волне 32,8, моторная часть работает хорошо. Как нас слышно?»
22 ч.Ю мин. «Все в порядке, проходим Землю Франца-Иосифа. Видим острова. Привет зимовщикам бухты Тихой от экипажа,»
2 ч. 10 мин. « Все в порядке. Проходим циклон. Находимся: широта 80 град. 10 мин, долгота 79 град.»
3 ч. 20 мин. «Все в порядке. Вас не слышим».
4 ч. 15 мин. «Все в порядке, обходим циклон».
5 ч. 12 мин. «Все в порядке. Сворачиваем с маршрута и идем на бухту Тикси слепым полетом.»
6 ч. 25 мин. «Пять часов боролись с облачностью в слепом полете. После длительного нахождения в слепом полете ориентируемся».
7 ч. 10 мин. «Находимся в районе Северной Земли. Все в порядке. Облачность 500 м.»
14 ч. 10 мин. «Все в порядке. Высота 4000 м, находимся: 72 град. 20 мин. широты, 123 град. 40 мин, долготы - около бухты Тикси.»
16 ч, 10 мин. «Все в исправности. Перелетели Лену в 12 ч. 42 мин. на высоте 4400 м. Сегодняшний день отнял большое количество энергии у экипажа в борьбе с Арктикой. Обледенение заставило нас сегодня потратить много времени и горючего, выходя на Землю Франца-Иосифа на о. Каменева и мыс Челюскин. Сейчас его прошли. Недавно были на Тикси. Идем солнцем на Петропавловск. Все устали, почему поочередно отдыхаем. Мы убедились сегодня в коварности Арктики, какие трудности она несет. Неуклонно выполняем Сталинское задание. Трудности нас не пугают. Всем привет.»
18 ч. 40 мин. «Находимся в центре Якутских гор. Вершины ледников и скал освещены солнцем».
В 19 ч. 30 мин. экипажу самолета была послана следующая телеграмма от руководства страны: «Самолет АНТ-25 ЧКАЛОВУ, БАЙДУКОВУ, БЕЛЯКОВУ
Вся страна следит за Вашим полетом. Ваша победа будет победой Советской страны. Желаем Вам успеха. Крепко жмем Ваши руки.
СТАЛИН, МОЛОТОВ, ОРДЖОНИКИДЗЕ, ДИМИТРОВ».
В дальнейшем от экипажа Чкалова пришли следующие радиограммы:
20 ч. 10 мин, «Все в порядке. Находимся в районе реки Индигирки. Вся Якутия от Лены закрыта сплошной облачностью».
21 ч. 25 мин. «Все в порядке. Слышу хорошо Хабаровск».
23 ч. 10 мин. «Все в порядке идем курсом на Петропавловск».
0 ч. 25 мин. 22 июля. «Дайте ме-тео». (Экипаж запрашивает Хабаровск)
4 ч. 10 мин. «Погода от Хабаровска принята. Находимся Камчатке в районе горы Хаошань, торчит из облаков. Земли не видно. Идем курсом Петропавловск-Камчатке. Почему не работает Москва и Петропавловск-на-Камчатский?»