Как и ожидал Глушко, аэрокосмическая система оказалась удобным средством испытания двигателей, и последующие полёты проводились в основном в интересах Главкосмоса и ОКБ-456. В этих полётах была отработана система дросселирования тяги двигателя, позволявшая управлять тягой в достаточно широких пределах. Это было необходимо для разработки будущего лунного посадочного корабля.
Также во время полётов Ф-57 отрабатывались опытные образцы кислород-водородного двигателя, создаваемого под руководством Глушко в ОКБ-456, но эта работа ещё была далека от завершения.
В феврале 1961 года первый опытный самолёт А-57 выкатили из сборочного цеха и перевезли на испытательный аэродром ЛИИ в Жуковском. С начала марта самолёт начал выполнять пробные рулёжки, затем разгоны с небольшим подлётом. Главной полосы длиной 5250 метров не всегда хватало, выручало лыжное шасси и заснеженные колхозные поля, простиравшиеся на юго-восток ещё на 10 километров.
От первоначального проектного варианта опытный самолёт отличался наличием переднего горизонтального оперения. Оно увеличило аэродинамическое качество самолёта с 6,5 примерно до 8. Шесть двигателей М16-17 располагались по три в двух общих мотогондолах на верхней поверхности плоского планера. Интегральная схема самолёта обеспечивала очень большие внутренние объёмы для топлива. Между мотогондолами располагался отсек полезной нагрузки. В испытательных полётах в него обычно грузили балласт. Самолёт получил нормальное трёхстоечное колёсное шасси, убираемое в герметичные отсеки крыла. Для посадки на снег в дополнение к колёсным тележкам устанавливались широкие лыжи с вырезами для колёс (АИ частично).
За характерную «приплюснутую» внешность среди техперсонала ЛИИ самолёт получил прозвище «камбала».
26 апреля 1961 года А-57 выполнил первый полёт продолжительностью 15 минут, на дозвуковой скорости, без уборки шасси. Его подняли в воздух лётчики-испытатели Николай Иосифович Горяйнов и Анатолий Семёнович Липко. Как потом вспоминали очевидцы из числа сотрудников ОКБ-23:
«Всё произошло как-то обыденно, без какой-либо помпы, торжественности, как бы само собой. Самолёт в очередной раз вырулил на полосу, начал разгон, точно так же, как на прошлой неделе. Мы думали – опять будет небольшой подскок и сразу посадка, как в пятницу. Но «камбала» вдруг задрала нос выше, чем обычно, и ушла в воздух. В первый момент мы даже не поняли, что случилось. А потом... потом все зааплодировали.
Самолёт сделал круг над аэродромом и окрестными полями, и тут же снова приземлился. Он ещё катился по полосе, а за ним уже мчались машины, обычные аэродромные тягачи, заправщики, пожарники... «Камбала» остановилась, открылся герметичный люк, лётчики спустились на покрытый снегом бетон, их тут же подхватили на руки и начали качать. Горяйнова на радостях чуть не уронили... На чёрном ЗиМе подъехали Мясищев и Бартини, все обнимались, радовались. Бартини снял с Горяйнова шлемофон и одел ему на голову свой берет, а шлемофон надел на себя, встал рядом. Так их и сфотографировали для стенгазеты...»
В первых полётах редко происходит что-то важное и неординарное, так было и на этот раз. Освоение новой машины шло постепенно. Бартини очень опасался неудачи, катастрофы. Тем более, что двигатели М16-17 были ещё недостаточно надёжны и нуждались в доводке. Во время испытаний Ф-57 использовались два комплекта двигателей. На одном самолёт летал, другой в это время проходил дефектоскопию. Каждые два-три полёта комплекты меняли. Такую же методику использовали и на А-57. Трудозатраты на регулярную замену и разборку-сборку шести двигателей были большие, но это помогло предотвратить тяжёлое лётное происшествие. В начале мая на одном из рабочих колёс компрессора двигателя обнаружили микротрещину на корневой части лопатки. Двигатель заменили, дефектный отправили в Казань на исследование. По результатам были проведены доработки конструкции двигателя.
На испытаниях Ф-57, проходивших параллельно, двигатели работали в более жёстких условиях, испытывая повышенные вибрации. Были случаи отрыва топливопроводов, возгорания электропроводки, пожары. От катастрофы спасала система сигнализации и пожаротушения, тут же прерывавшая подачу топлива и заполнявшая мотогондолу фреоном.
10 мая А-57 впервые превысил скорость звука. Бартини очень нервничал, но машина вела себя устойчиво, лётчики после полёта докладывали спокойно и уверенно, на телеметрии и самописцах тоже никаких серьёзных неприятностей не выявили, кроме обычных мелких недочётов. Стало ясно, что самолёт «получился», и летать будет. Его освоение продвигалось небольшими шагами, а конструкторы уже носились с новыми идеями, просчитывали разные варианты размещения полезной нагрузки, проектировали «средний в линейке» сверхскоростной разведчик Р-57, писали доклады, составляли планы.
В ходе подготовки к авиасалону в Ле Бурже Хрущёв пригласил Бартини и Микулина, чтобы обсудить состав экспозиции и различные вопросы на перспективу. Прежде всего, он поздравил конструктора с большими успехами:
