В течение декабря 1968 года проводились последние наземные проверки двигателей и систем Ту-144. Начиная с 20 декабря борт № 68 001 н экипаж в составе командира корабля — заслуженного лётчика-испытателя Э. В. Еляна, второго пилота — заслуженного лётчика-испытателя Героя Советского Союза М. В. Козлова, ведущего инженера-испытателя В. Н. Бендерова и бортинженера Ю. Т. Селивёрстова были готовы к первому полёту. Но ухудшившаяся погода не давала возможности поднять самолёт в воздух. И только в последний день уходящего года Ту-144 совершил свой первый полёт, продолжавшийся 38 минут. В вышедших после Нового, 1969 года газетах было напечатано фото Ту-144 и официальное сообщение. «Впервые в мире 31 декабря 1968 г. в Советском Союзе совершил полёт сверхзвуковой пассажирский самолёт Ту-144. Этот полёт является новым достижением советской науки и техники». Действительно, это был лучший новогодний подарок руководству страны. «Капиталистов», как и в случае с первым спутником и полётом Гагарина, опять оставили позади. «Конкорд» поднялся в воздух из аэропорта Тулузы только 2 марта 1969 года.
Конечно, авральные темпы и новизна конструкции не могли не сказаться на качестве самолёта. В полёте наблюдалась повышенная вибрация, чрезмерно нагревалась задняя часть фюзеляжа. И самое главное, самолёт был невероятно прожорлив, особенно на сверхзвуковых скоростях. Дальность полёта в сверхзвуковом режиме составляла всего 2900 км, что было значительно меньше планируемой дальности. Тем не менее, первый Ту-144 успешно выполнил испытательную программу, совершив около 150 полётов. Машина не раз вылетала за рубеж, неизменно производя фурор на международных авиасалонах. В 1971 году на самом престижном в мире авиации салоне, проходящем в пригороде Парижа Ле-Бурже, Ту-144 посетил президент Франции Жорж Помпиду. Специалисты отмечали, что советский лайнер имеет некоторые преимущества по сравнению с «Конкордом», прежде всего меньший шум и отсутствие дымного следа от двигателей. К сожалению, следующий визит Ту-144 в Ле-Бурже закончился трагически…
В 1969 году на заводе «Опыт» началось строительство модернизированного самолёта Ту-144 (так называемой «предсерийной серии 004»), 1 июня 1971 года самолёт с бортовым номером 77 101 совершил первый полёт. Главным отличием этой машины были новые двигатели, была увеличена вместимость салона (до 150 пассажиров), несколько изменена форма крыла, внесены некоторые другие изменения. По решению правительства серийное производство Ту-144 должно было развернуться на Воронежском авиационном заводе. 20 марта 1972 года в небо взлетел первый серийный Ту-144 (борт № 77 102), собранный в Воронеже.
В первые дни лета 1973 года борт № 77 102 вылетел во Францию на очередной салон в Ле-Бурже. 2 июня Ту-144 совершил первый демонстрационный полёт. Здесь же, в Ле-Бурже, был и конкурент «Ту» — «Конкорд». Соперничество продолжалось. 2 июня «Конкорд», пилотируемый французским экипажем, продемонстрировал публике «истребительный» манёвр, пройдя над взлётно-посадочной полосой, а затем, не касаясь земли, снова взмыв в небо. Руководители советской делегации и лётчики решили не отставать от французов и повторить этот манёвр — если такое может сделать «Конкорд», значит, должен повторить и «Ту».
Борт № 77 102 взлетел 3 июня в 15 часов 19 минут. Выполнив ряд манёвров, Ту-144 на скорости 190 км/ч на малой высоте прошёл, как и было запланировано, над взлётно-посадочной полосой. Экипаж включил форсаж, и самолёт резко ушёл вверх. «Ту» набрал высоту примерно 1200 метров, а затем неожиданно сорвался в неуправляемое пике. Перегрузки достигли критической отметки, и на высоте 700 метров самолёт начал разрушаться в воздухе. Всё это происходило на глазах 350 тысяч зрителей, собравшихся в тот день на лётном поле. Обломки «Ту» упали на окраину городка Гуссенвиль. 6 членов экипажа и 8 жителей Гуссенвиля погибли.
Сразу же началось расследование катастрофы, которое, согласно международным правилам, производила французская сторона. Заключение комиссии носило весьма обтекаемый характер. Было установлено, что отказов технической части самолёта не было. Катастрофа могла произойти из-за стечения ряда случайных факторов, а именно: внезапное появление истребителя французских ВВС «Мираж», который летел тем же курсом несколько выше «Ту» и должен был сфотографировать сверху советский лайнер, присутствие в кабине непристёгнутых членов экипажа, возможное наличие в руках у одного из лётчиков кинокамеры (эту камеру попросили взять в полёт журналисты телеканала RTF), которая могла при падении заклинить штурвал. В целом же, как отмечалось в заключении, комиссия не смогла однозначно определить причины падения Ту-144. Как считают некоторые специалисты, у французов был свой резон не привлекать повышенного внимания к произошедшему в небе над Гуссенвилем. Причина эта называлась «Конкорд». Ведь подозрения в надёжности советского «Ту» могли бросить тень и на любимое детище французских и британских авиастроителей.