Створення першого дослідного літака завершилася на початку осені 1955. У зв'язку із затримкою двигунів ВД-7 випробування вирішили проводити з двигунами АМ-3А. 27 березня 1956 року відбувся перший політ. Потім випробування проводили з двома двигунами ВД-7 і двома АМ-3А через сумніви в надійності роботи ВД-7. Завершили випробування вже з двигунами ВД-7. Під час випробувань під крилом літака встановлювалися додаткові підвісні баки, загальною місткістю 13 000 л, найбільша вага при цьому досягала 202 000 кг. Серійний випуск літаків 3М почався ще до завершення випробувань.
