ВВЭ выделили 14 самолётов: восемь Ли-2, два Ил-12, один Пе-8, один Си-47 и трофейный МК-200. Кроме того, к экспедиции были приписаны несколько человек из ВВС ВМФ и самолёт Министерства обороны Си-47, оборудованный специальной аппаратурой для выполнения аэромагнитной съёмки.
На ледовом аэродроме (слева направо): военно-транспортный самолёт Ли-2, «бензовоз» Пе-8 и пассажирский Ил-12
При проведении работ решили использовать тот же метод, что и в «Севере-2»: научный десант учёных-полярников на самолётах Полярной авиации, главным образом Ли-2 на лыжном шасси, высаживался на дрейфующий лёд Арктического бассейна в заранее намеченных точках и выполнял комплекс научных наблюдений. В ходе работ 1949 г. станции планировалось выполнить уже за Северным полюсом – ближе к Гренландии и Канадскому Арктическому архипелагу.
Гвардии капитан медицинской службы В. Г. Волович в 1949 г. был откомандирован в распоряжение ГУСМП в качестве флагманского врача. Ему предстояло лечить участников экспедиции и оказывать неотложную помощь экипажам самолётов в случае аварии или вынужденной посадки на дрейфующую льдину. Участвовал в ВВЭ «Север-4» и «Север-5», работал на станциях «СП-2» и «СП-3». Позже занимался проблемами выживания лётчиков и космонавтов, а также жизнеобеспечения человека в экстремальных условиях
4 апреля 1949 г. в Вашингтоне был подписан договор о со-здании Североатлантической оборонительной организации (НАТО), разделивший мир на два противостоящих друг другу военно-политических блока. При этом из 12 государств, вошедших в НАТО, половина граничила с полярной областью. В такой напряжённой обстановке 17 апреля официально приступил к работе первый отряд Высокоширотной воздушной экспедиции «Север-4».
Второй отряд был высажен на льдину в точке с координатами 87°07' с. ш. и 147°55' в. д. (всего в 280 км к югу от полюса) 30 апреля. За 27 дней в 32 пунктах Центральной Арктики самолёты совершили 204 посадки на дрейфующие льды, из них 121 – на лыжном шасси, 83 – на колёсном. В 28 точках был выполнен обширный комплекс научных наблюдений. Кроме Полярной авиации активно участвовали в снабжении отрядов восемь экипажей на Ил-12 из 2‑го ТАП (с 2 февраля 1949 г. переименован в 708‑й ТАП) под общим командованием майора И. Г. Севостьянова, которые совершили 105 самолёто-вылетов и перевезли 153 человека и 18 тонн груза. При этом особо отличился командир Ли-2 капитан И. П. Замятин, который совершил несколько десятков полётов для перевозки грузов и личного состава экспедиции, а в апреле 1949 года возглавил спасение экипажа самолёта, потерпевшего аварию в районе Северного полюса, выполнив при этом полёт на максимальную дальность для своего Ли-2.
Перед самым завершением работ начальником экспедиции А. А. Кузнецовым было принято решение о проведении операции по десантированию двух парашютистов в географической точке Северного полюса. В свете возможных боевых столкновений в Арктике
