Dobór silników stwarzał jednak problemy, gdyż przewidywano nowe silniki rzędowe M-106 o mocy startowej 1350 KM, z którymi prędkość obliczeniowa na wysokości 6500 m miała wynosić 502 km/hDla lekko obciążonego samolotu, o masie 8000 kg ()., ale nie zostały one dopracowane i trzeba było zastosować starsze silniki M-105 o mocy 1100 KM i słabszych parametrach wysokościowych. Oblot pierwszego prototypu nastąpił w dniu 14 maja 1940 roku w Moskwie, a drugiego nie ukończono. Próby fabryczne trwały do 1 lipca, mimo to już 29 maja 1940 roku Komitet Obrony podjął decyzję o produkcji pierwszej serii 70 samolotów. 16 sierpnia prototyp zaprezentowano publicznie na święcie lotnictwa w Tuszynie, a 29 sierpnia wykonał on rekordowy lot na odległość 4111 km z toną bomb. Próby państwowe prototypu, ukończone 17 października 1940 roku, wykazały jednak, że samolot jest na poziomie najnowszych seryjnych konstrukcji innych państw, ale osiągi są znacznie słabsze niż deklarowane i nie przewyższają konkurencyjnego DB-3F (Ił-4), poza zasięgiem i możliwością przenoszenia bomb wewnątrz. Prędkość maksymalna wyniosła 445 km/h na wysokości 4250 m, ze schowaną wieżyczką. Zdecydowano wyprodukować zamówione już 70 sztuk w zakładzie nr 18 w Woroneżu z silnikami M-105, a docelowo zastosować silniki rzędowe AM-35A lub mocniejsze.