С начала на закрепленном и загруженном балластом самолете провели прогоны двигателя, но не совсем удачно - из-за вибрации полопались трубопроводы системы охлаждения. После решения этой проблемы начались рупежки на земле. При этом выявилась серьезная вибрация носового колеса, а после доработки - и виляние самолета на большой скорости рулежки.

Наиболее серьезные проблемы с шасси удалось разрешить. К середине июля состоялся первый полет под управлением Карла Баура. Через семь минут полет был прерван из-за резкого роста температуры охлаждающей жидкости до 125С. Оказалось, что при наборе высоты, когда двигатель работал на максимальных оборотах, носовая стойка шасси значительно затеняла подфюзеляжный радиатор, а мощности гидравлики было недостаточно для быстрой уборки шасси.

Эту проблему решили удвоением мощности гидравлики, сократив тем самым время затенения радиатора носовой стойкой. После доработки гидравлики, створок ниш шасси и элеронов, казалось, что все серьезные проблемы решены.

В сентябре 1942-го M amp;-309V1 получил новый винт с возможностью реверса. Первый полет с ним состоялся на следующий день.

Во время второй посадки Баур применил реверс тяги винта сразу после касания. Торможение было настолько резким, что самолет развернуло, закрылки и руль высоты были повреждены, а после этого сломалась носовая стойка шасси. После ремонта испытания реверсивного винта прошли с большим успехом. Баур успешно отработал прием торможения самолета, который он эффектно продемонстрировал перед комиссией - на рулежке перед наблюдателями Баур резко дал реверс, и самолет тут же встал колом, а с голов членов комиссии слетели шляпы.

После завершения испытаний Ме-309V1 перегнали в Лейпхейм для снятия взлетно-посадочных характеристик на бетонной полосе аэродрома. Летные испытания показали скорость отрыва при весе 3700 кг в 180 км/ч, которая возрастала при весе 4100 кг до 200 км/ч. Ме-309V1 на испытаниях все норовил сойти с взлетной полосы, а на больших скоростях был неустойчив на курсе.

В результате опытный самолет получил новый киль увеличенной площади, первоначально планировавшийся для Me-309V3.

В ноябре 1942-го после этой доработки Me-309V1 показали полковнику Адольфу Таиланду, а затем самолет был облетан в Рехлине испытателем Беаувайсом. Через два дня провели учебный бой с Bf-109G, который оказался более маневренным. Ме-309 спасала только большая скорость полета.

После второго полета Беаувайс представил свой отчет: «Возможно, что Ме-309… после доводок будет вполне сносен, но -. для среднего летчика он все разно будет представлять проблему, а посадка с носовым колесом представляет сложность даже для опытных летчиков. С полным вооружением самолет будет только на 50 км/ч быстрее, чем BM09G, и вряд ли будет лучше новых самолетов».

Второй опытный Me-309V2 вскоре облетали. Но при посадке носовая стойка сломалась, и самолет был списан. Ме-309V2 отличапся от V1 только установкой вместо двигателя DB-603A-1 нового DB-605B.

Последний в марте 1943-го был поставлен на Me-309V1. Самолет к этому времени был оснащен новым килем - его меняли четыре раза, пока не добились полного удовлетворения. В марте 1943-го полетел Me-309V3 с DB-605B - он использовался для испытаний на больших скоростях.