Самолет 3М № 6320401 с двигателями ВД-7Б и системой дозаправки топливом в полете на государственных испытаниях. 1958 г.
Первая попытка начать государственные испытания 3М 30 января 1957 года не удалась из-за помпажа двигателей ВД-7. Тем не менее в феврале этого же года самолеты 3М начали поступать в дальнюю авиацию и первыми их осваивали экипажи майоров Антонова и Коллеганова.
Почти год самолет доводили, и заключительный этап испытаний начался лишь 16 января 1958 года. Государственные испытания проводились сразу на трех машинах № 0201, № 0203 и № 0204. На первой определялись летные характеристики, на самолете № 0203 испытывалось оборудование и вооружение, а на № 0204 – система дозаправки топливом в полете. Ведущими летчиками-испытателями от НИИ ВВС были Ю.В. Сухов, С.М. Антонов и Неверов. В облетах принимали участие Н.Н. Беляев и С.Г. Дедух. В январе 1958 года на машине № 6320601 завершили испытания катапультные установки членов экипажа.
К марту 1958 года на двух самолета М-4 и двух 3М с двигателями АМ-3, в частности, повысили надежность бустерных систем управления самолетом, обеспечили принудительный переход на прямое управление системой кольцевания гидроусилителей всех органов управления, обеспечили возможность ручного управления самолетом при взлете, посадке и в полете до скорости 450–500 км/ч, улучшили и сделали надежной систему стопорения рулей, исключив возможность выруливания с зафиксированными рулями, повысили эффективность средств пожаротушения, улучшили условия работы штурмана-бомбардира и правого летчика.
Тем временем завод № 23 завершал программу выпуска М-4 и, в соответствии с постановлением Совмина № 276–133 от 6 марта 1956 года, начал подготовку к производству транспортных самолетов Ан-8. Казалось, судьба 3М и ОКБ-23 повисла на волоске, но спустя пять месяцев вышло очередное постановление № 908–425 «О выпуске стратегических бомбардировщиков 3М конструкции В.М. Мясищева». К концу 1956 года серийный завод построил 15 машин 3М.
На базе 3М разрабатывался фоторазведчик, работы над которым прекратили осенью 1955-го на стадии эскизного проекта.
Согласно этому документу, заводу № 23 предписывалось выпустить в 1959 году 20, а в 1960-м – 60 машин этого типа. Одновременно ОКБ-23 должно было в двухмесячный срок представить предложения по размещению на самолете крылатых ракет Х-20, а ОКБ В.А. Добрынина – довести ресурс ВД-7 до 200 часов.
Следует отметить, что создание системы К-20 (МК), предусматривавшей размещение на самолете 3М ракеты Х-20 (по образному выражению Л.Л. Селякова «Царь-ракеты»), было намечено постановлением Совета Министров СССР еще в 1954 году. Спустя два года это задание подтвердили распоряжением правительства. В 1956 году ОКБ предъявило заказчику эскизный проект и макет комплекса К-20. В результате стало ясно, что самолет 3М необходимо существенно переработать.
В отчете ОКБ-23 отмечалось, что в конце 1956 года по инициативе руководства ГКАТ разработали новое предложение по созданию системы «МК» на базе самолета 3М со значительными улучшениями тактических данных, используя для этого модифицированное крыло и новую аппаратуру.