В январе — феврале 1941 г. были проведены государственные испытания самолета ТБ-7 с несерийными (и нефорсированными) дизелями М-40. Из документальной истории самолета ТБ-7 известно, что ресурс двигателей М-40 письмом начальника ЦИАМ от 8 января 1941 г. был ограничен 50 ч. Масса пустого бомбардировщика ТБ-7 4М-40 составляла 19 760 кг, а максимальная взлетная ограничивалась прочностью колес (26 000 кг). Иными словами, с учетом массы экипажа (11 человек), воды и масла в системах охлаждения и смазки на топливо оставалось всего 3–3,5 т при втрое большей емкости баков. Самолет фактически летал «налегке», длительные полеты не производились, а максимальную дальность определили экстраполяцией. И даже в таких благоприятных условиях по максимальной скорости у земли (345 км/ч) и на границе высотности 5680 м (393 км/ч) дизельный бомбардировщик заметно уступал варианту ТБ-7 с четырьмя бензиновыми моторами АМ-35А. Ничего удивительного: ведь микулинские двигатели были на 35 % мощнее яковлевских дизелей. Зато по дальности ТБ-7 4М-40 теоретически превосходил оппонента более чем в полтора раза (при полной заправке топливом).
Начальник Главного управления ВВС КА генерал-лейтенант П. В. Рычагов, ознакомившись с результатами испытаний ТБ-7 4М-40, остался крайне недоволен. Особенно его изумила эквилибристика, сопровождавшая каждый заход на посадку дизельного самолета. Оказывается, из-за неустойчивой работы двигателей на режиме полетного малого газа дизели приходилось выключать, а посадку тяжеленной машины осуществлять в режиме планера, не имея возможности ни «подтянуть» мотором, ни уйти на второй круг! На акте по испытаниям ТБ-7 4М-40 Рычагов написал:
«1. Полеты с М-40 на самолетах ТБ-7 невозможны, т. к. М-40 при расходах менее 90 кг/час на высоте самопроизвольно останавливается.
2. При доводке мотора М-40Ф необходимо обеспечить нормальную посадку с малым газом и обеспечить возможность нормальных полетов на высотах и в строю, исключив самопроизвольную остановку».
Рычагов потребовал быстрой доработки самолета и его моторов, однако в начале апреля 1941 г. он был отстранен от должности, а вскоре после этого арестован.
В середине апреля 1941 г. опытный Ер-2 с М-40Ф был выведен на аэродром и совершил ряд рулежек и подлетов. В начале мая машину перегнали в Раменское на испытательный аэродром Летно-испытательного института. Самолет летал нечасто, в основном из-за выявившейся низкой надежности турбокомпрессоров, у которых то и дело рассыпались подшипники и «летели» лопатки. В конце мая оба мотора М-40Ф вышли из строя и были отправлены на завод-изготовитель.
Ведущим летчиком по Ер-2 с М-40Ф в ЛИИ НКАП назначили Г. М. Шиянова. До начала войны ему удалось выполнить 15 полетов, при этом пришлось еще не раз менять турбокомпрессоры и кожухи выхлопных коллекторов. Кроме того, выявился повышенный расход масла, поэтому потребовалось значительно увеличить объем маслобаков. С 7 июня проводившиеся испытания постановлением правительства были переведены в разряд совместных с НИИ ВВС, для чего в Раменское прибыли военные летчики облета.