Prototyp Me 209 V1 został przetestowany po raz pierwszy przez dr. inż. Hermana Wurstera na fabrycznym lotnisku Messerschmitta w Augsburgu dnia 1 sierpnia 1938. Nagła zmiana temperatury silnika zmusiła pilota do szybkiego lądowania. Podczas następnych prób wykryto między innymi nierówną pracę silnika, jego przegrzewanie się, przenikanie spalin do kabiny pilota, niedostateczną widoczność z kabiny pilota na ziemi.
Prototyp Me 209 V2 powstał, by wyeliminować większość wad poprzednika. Niestety i on posiadał poważne wady i uległ katastrofie podczas jednego z lotów.
W międzyczasie Hans Dieterle na konkurencyjnym Heinklu He 100 V8 ustanowił rekord prędkości wynoszący 746 km/h. 26 kwietnia 1939 Fritz Wendel pilotujący Me 209 V1 wyposażony w silnik DB 601 ARJ osiągnął 755 km/h i ustanowił nowy rekord.
Ministerstwo Propagandy Rzeszy we wszystkich dokumentacjach używało nazwy Me 109R w celach propagandowych. Miało to sugerować, że konstrukcja jest modyfikacją seryjnego myśliwca, a nie zupełnie nową maszyną.
Następny prototyp Me 209 V3 został oblatany w maju 1939. Me 209 V3 był używany wyłącznie w testach. Prototyp Me 209 V4 został zbudowany na początku wiosny, a jego pierwszy lot odbył się w maju 1939.