Программа испытаний состояла из двух основных задач: выявить максимальные летные данные самолета, без пушечно-пулеметного оснащения, а потом с полностью поставленным вооружением.

…Тридцать пять тонн металла и горючего дали себя знать сразу. Машина разбегалась грузно. На взлете не хватило рупя высоты. Конструкторы возможность такого случая предусмотрели. Киваю второму пилоту Мише Нюхтикову, он нажимает кнопку электрического устройства стабилизатора. Самолет послушно отрывается от полосы.

На этом корабле со стабилизатором вручную вообще не совладаешь. По площади он равен крылу одномоторного самолета. Вследствие недостаточной аэродинамической компенсации трудно управлять такой махиной, особенно при быстром изменении режима полета…

К помощи электроуправления стабилизатором прибегали и на посадке, чтобы дожать самолет на три точки. Так оно и полагалось - руля высоты не хватало и здесь.

… На этот раз предстояло проверить поведение самолета при посменном выключении сначала одного, затем двух из шести моторов. Отключение одного на пилотирование машины почти не сказывалось. Когда же выключили сразу два, и притом на одной стороне крыла, на хвостовом оперении появились сильные колебания.

Проэкспериментировали второй, третий, пятый раз - то же самое: колебания возникают совершенно недопустимые, явно угрожающие разрушением воздушного корабля…".

После этого полета на испытания пригласили В.М.Петлякова и еще двух специалистов из КБ по прочности и вибрациям. Жаркие дебаты по поводу "может трясти, не может трясти" кончились полетом Петлякова в кормовой кабине стрелка. После уборки газа на двух винтах, Петля ков испытал все "прелести" сильнейшей вибрации на себе. Испытания прекратили, самолет отправили на доработку, Усилили хвостовую часть фюзеляжа, изменили регулировку руля высоты и. наконец, установили пулеметные башни на крыле, полностью укомплектовали вооружение. Вскоре ТБ-4 снова поступил в НИИ ВВС. Хотя дальнейшие испытания проходили более менее успешно, принять машину на вооружение и рекомендовать ее в серию военные отказались.

Причины этого были следующие. При размахе крыла 54 м, длине - 32 м, высоте -11,73 м, площади крыла -422 мг в ходе испытаний ТБ-4 с двигателями М-34 получили максимальную скорость у земли- 200 км/ч, максимальную скорость на высоте 2000 м -187,5 км/ч, время набора высоты 2000 м составило 33,32 мин., практический потолок - 2750 м, для его достижения требовалось 84 мин. длина разбега - 800 м, на разбег требовалось 36 сек., с 4000 кг бомб самолет имел дальность 1000 км. Все это было гораздо ниже требований ВВС.

Проведенные испытания не удовлетворили военных. В результате они отметили, что низкие летные качества самолета объясняются недостаточной мощностью винтомоторной группы, аэродинамическая схема самолета хорошая, вес конструкции слишком большой, емкость бензиновых баков -недостаточна, самолет требует доработки.

При постройке дублера и эталона серийного производства необходимо установить моторы с редукторами, удлинив крыло. И добиться летных данных: скорость на высоте 4000 м - 240 км/ч, потолок - 6000 м, дальность -1500 км.