Летные испытания ракеты В-625 начались на полигоне Капустин Яр 14 мая 1958 г. Испытания станции наведения прошли нормально.

В первом баллистическом (бросковом) пуске ракета 1БП была запущена под углом 64 град, к горизонту. Этот пуск прошел без замечаний. Однако уже во втором пуске, состоявшемся 17 мая, на третьей секунде полета разрушился стабилизатор ускорителя, как оказалось, из-за его неточной установки на заводе. В выполненном 4 июля четвертом пуске — первом для варианта 2БП — на второй секунде полета стабилизатор ракеты вновь разрушился, опять-таки из-за производственного дефекта. Пятый пуск, состоявшийся 21 ноября, принес еще одну проблему — на 18-й секунде из-за дефекта теплозащитного покрытия прогорел маршевый двигатель. Восьмой пуск, предпринятый 21 января 1959 г., стал явно аварийным — при включении маршевого двигателя он взорвался. Автономные испытания В-625 (вариант 3БП) начались 17 декабря 1958 г.

Главными задачами этого этапа испытаний являлись проверка работы автопилота и оценка качества стабилизации ракеты по крену. С этой целью крылья ракеты были зафиксированы в нулевом положении, а к автопилоту были подключены только элероны. На этот раз пуск ракеты, стартовавшей под углом 45 град., прошел без замечаний. В феврале 1959 г. провели еще три пуска В-625 (ЗБП), но все они оказались неудачными. В пуске, выполненном 6 февраля, из-за отказа датчика выдачи команды на «сброс» не отделился ускоритель, а 11 и 17 февраля носовая часть ракеты разрушилась под действием значительных поперечных перегрузок, возникших из-за перекомпенсации крыла. Естественно, что вслед за каждым неудачным пуском следовали доработки, проводились дополнительные исследования. Так, 14 марта 1959 г. был произведен экспериментальный пуск ракеты 1ТП с целью проверки на флаттер. 1 июня 1959 г., после трех пусков 3БП, прошедших без серьезных замечаний, было проведено первое испытание В-625 (2ТП) в разомкнутом контуре управления для проверки работы аппаратуры радиоуправления совместно с автопилотом при программной подаче команд управления. Исследовалось также качество стабилизации ракеты по крену, уточнялись аэродинамические характеристики ракеты. Однако этот пуск стал последним, проведенным без замечаний.

Уже в следующем пуске, состоявшемся 3 июня, ракета 2ТП не стабилизировалась по крену из-за отказа автопилота. Для проверки работы автопилота 11 июня был проведен еще один автономный пуск. При сходе ракеты с пусковой установки из-за производственного дефекта преждевременно сработала система отделения ускорителя, выдавшая команду на запуск маршевого двигателя при работающем ускорителе, что привело к взрыву. До конца месяца было проведено еще четыре пуска В-625 в разомкнутом контуре управления, результаты которых также не располагали к излишнему оптимизму. В целом, к июлю 1959 г. было выполнено 6 бросковых пусков и 17 летных испытаний в автономном контуре управления. Но только семь из них прошли без серьезных замечаний к В-625. Кроме уже отмечавшихся проблем с конструкцией ракеты и ее системой управления были отмечены значительные отклонения траектории полета ракеты от расчетной, которые особенно усиливались при переходе ракеты через скорость звука. На этом участке поперечные перегрузки достигали 16 единиц. В результате не обеспечивался надежный ввод ракеты в сектор захвата радиолокационными средствами станции наведения С-125.