Но самолет оказался не лишен и «ложки дегтя». В письме от 6 июля 1940 г. начальник НИИ ВВС бригинженер А. И. Филин доложил генерал-лейтенанту Я. В. Смушкевичу, в то время начальнику Главного управления ВВС (ГУ ВВС), об окончании заводских испытаний ДБ-240 2М-105 с положительным, по мнению НКАП, итогом. Филин сообщил также, что нарком авиапромышленности Шахурин дал главному конструктору самолета два месяца на подготовку к госиспытаниям, хотя формально комиссия НКАП признала его годным к ГИ уже 10 июля. Как оказалось, не только для установления рекордов скоростной дальности была нужна эта временная задержка, отнюдь нет. Лишь 27 сентября 1940 г., после неоднократных напоминаний руководства ВВС, самолет совершил посадку на аэродроме НИИ на станции Чкаловская. К этому времени сотрудники завода № 240 уже многое поняли в поведении своего первенца, поэтому взлетная и посадочная масса машины была ограничена (из-за недостаточной прочности колес основных стоек, лопнувших при посадке 7 августа, самолет едва не был разбит). С большой взлетной массой, превышавшей 11 300 кг, полеты разрешались только с бетонной полосы длиной не менее 1000 м. Пробег машины также оказался великоват, в этом случае вина возлагалась на недостаточно эффективные тормоза.

Приказом нового начальника ГУ ВВС П. В. Рычагова (фактически — главкома ВВС, только должность тогда называлась иначе) от 1 октября 1940 г. руководство НИИ ВВС было обязано в кратчайшие сроки провести испытания ДБ-240 2М-105, считая это первоочередной задачей. Рычагов потребовал испытать самолет за две недели и подготовить отчет по ним не позднее 20 октября. Кроме того, П. В. Рычагов приказал А. И. Филину ежедневно докладывать ему о ходе работ по новейшему бомбардировщику. Ведущими летчиками по госиспытаниям были назначены Л. П. Дудкин и М. А. Нюхтиков, ведущими штурманами — Н. П. Цветков и С. З. Акопян, а ведущим инженером — Н. Н. Фингеров.

Испытания производились на подмосковном аэродроме НИИ ВВС и были закончены 17 октября 1940 г. Летно-технические данные самолета, выявленные в ходе полетов, привели к заметным изменениям по отношению к самолету как в аппарате НКАП, так и в ВВС. Выяснилось, что ДБ-240 по всем основным пунктам не удовлетворял требованиям технического задания, что, впрочем, было и неудивительно: ведь моторы-то применялись другие, менее мощные. Важным оказалось не само по себе несоответствие требованиям, а степень этого несоответствия. По максимальной скорости полета с выпущенной башней самолет оказался не лучше ДБ-3Ф. Его потолок не мог устроить военных, ведь ильюшинская машина легко забиралась гораздо выше.[3] Время набора высоты 5000 м было очень большим.

Лишь дальность полета да емкость бомбоотсека выделяли ермолаевский бомбардировщик в лучшую сторону, и то лишь потенциально: ведь набитая бомбами и бензином «под пробку» машина едва могла оторваться от земли.