В октябре 1966 года, точно в установленный Правительством срок, опытный самолет был передан в ГосНИИ ГА на первый этап совместных государственных испытаний. Председателем Государственной комиссии по испытаниям назначили генерала Л. В. Жолудева, и спустя два месяца машину передали в ГосНИИ ГА на второй этап совместных государственных испытаний. Однако они начались лишь в августе в связи с подготовкой самолета к Парижской авиационной выставке и параду в Домодедово летом 1967 года.

Третий опытный самолет собрали в Саратове, и его облетал экипаж заводского летчика-испытателя А. М. Исаева. Как рассказал Владимир Казаков в книге «Белые крылья», этот Як-40 довольно существенно отличался от серийных «яков». Его фюзеляж не герметизировали – в кабине пилотов висели индивидуальные кислородные маски. Запаса топлива хватало только на короткие маршруты. В самолете был сделан специальный аварийный люк на случай, если экипаж попадет в критическую ситуацию и будет вынужден покинуть машину в воздухе.

На втором этапе, завершившемся в сентябре 1968 года, кроме опытного, испытывались первые четыре предсерийные Як-40. Как следует из акта по результатам государственных испытаний, утвержденного 30 сентября, «пассажирский <…> Як-40 с тремя двигателями АИ-25 и с серийным специальным оборудованием совместные государственные испытания выдержал и рекомендуется для принятия на снабжение в МГА после проведения работ в соответствии с перечнем № 1…»

В августе 1967 года завершились 200-часовые государственные испытания двигателя АИ-25. В процессе же эксплуатационных испытаний пять двигателей отработали 500-часовой ресурс, который и был установлен АИ-25. Эксплуатационные испытания проводились на четырех Як-40 с мая по август 1968 года в условиях рейсовых полетов на авиалиниях.

В ходе испытаний самолет продемонстрировал отличные взлетные характеристики, но пробег их на этом фоне оставлял желать лучшего. Из множества мероприятий, включая размещение на самолете тормозного парашюта, выбрали устройство реверса тяги центрального двигателя, предложенное Е. Г. Адлером. Опробованное на одном из опытных самолетов, это устройство получило прописку на серийных машинах.

В марте 1967 года летчики-испытатели Ю. В. Петров (ОКБ) и В. Н. Эсгейм (Саратовский авиационный завод) облетали первые два серийные Як-40, отличавшиеся скошенными обечайками воздухозаборника центрального двигателя, что, по мнению специалистов ведущих институтов МАП, улучшало равномерность потока воздуха, поступавшего в двигатель, и укороченными мотогондолами боковых двигателей. Кроме этого, на центральной силовой установке появилось устройство реверса тяги.

Посадка пассажиров в Як-40 через хвостовой люк

Высокая тяговооруженность Як-40 в сочетании с устройством реверса тяги и шасси с очень мягкой амортизацией и колесами относительно большого диаметра позволяет эксплуатировать самолет с очень коротких, в том числе и грунтовых, взлетно-посадочных полос.

Як-40 по тому времени имел эффективную воздушно-тепловую противообледенительную систему, автопилот и современное пилотажно-навигационное оборудование, метеорадиолокатор «Гроза».