Próby państwowe odbywały się w dniach od 11 sierpnia do 28 października 1937 roku. Przy masie startowej 23 860 kg osiągnięto prędkość 403 km/h na wysokości 8000 m oraz 368 km/h na 10 000 m, a przy masie startowej 28 000 kg (z 2 tonami bomb) uzyskano zasięg 3000 km. Na podstawie wyników badań stwierdzono, że samolot jest nowoczesny pod względem osiągów taktyczno-technicznych, a wysoka prędkość na dużej wysokości sprawia, że mało zagrażają mu współczesne myśliwce. Do wad zaliczono niedopracowanie zespołu silnikowo-śmigłowego oraz ciężką pracę sterów. Masa pustego samolotu wynosząca 18 000 kg również była uważana za zbyt dużą. W tej sytuacji samolot nie spełniał oczekiwań lotnictwa i zlecono jego dopracowywanie do 10 grudnia 1937 roku. Zadanie to było utrudnione przez fakt, że w międzyczasie w ramach represji stalinowskich aresztowani zostali Tupolew i Pietlakow. Obowiązki głównego konstruktora przejął Iosif Niezwał.
Pod koniec zimy 1938 roku dowództwo WWS RKKA postanowiło przenieść próby samolotu do Eupatorii na Krym z uwagi na lepszą pogodę.