Государственные испытания самолета «№ 22» велись в период с 29 мая по 9 июня 1939 года. Участвующие в проведении тестирования ведущий летчик-испытатель Н.Ф. Шеварев, штурман А.М. Третьяков, летчики облета А.И. Филин, П.М. Стефановский и А.И. Кабанов подтвердили, что самолет «№ 22» с полетным весом 5123 кг действительно обладает высокими летными характеристиками. Развивает максимальную скорость 567 км/ч на высоте 4900 метров, способен достичь заявленного разработчиками практического потолка 10 км, имеет рекордную скороподъемность — высоту 5000 м набирает за 5,75 мин. Технические специалисты добавляли, что самолет дешевый, с простой технологией, может быть легко освоен промышленностью. Особо подчеркивалось, что «по культуре отделки наружной поверхности, производственному выполнению отдельных узлов и агрегатов может служить примером для отечественной промышленности». Одновременно указывалось, что «тактическая схема самолета в предъявленном варианте, несмотря на хороший обзор из передней кабины, не может быть признана удовлетворительной. Ограниченный обзор из кабины штурмана затрудняет ориентировку в разведывательном полете и совершенно исключает наводку самолета штурманом на цель и прицеливание при бомбометании»[94]
В соответствии с постановлением Комитета Обороны № 171сс от 20.06.39 г. серийное строительство ближнего бомбардировщика ББ-22 «незамедлительно» разворачивалось на старейшем московском авиазаводе № 1.
Второй опытный экземпляр самолета «№ 22», называемый теперь ББ-22 М-103, на авиазаводе № 115 построили в конце лета 1939 г. Штурман в нем размещался сразу за летчиком, а бомбовый отсек «уехал» назад, за второй лонжерон крыла. Хотя указывалось, что внутри фюзеляжа можно разместить 4 авиабомбы ФАБ-100, на практике, по условиям центровки, там можно было подвесить не более 200 кг бомбового груза. Опытный ББ-22 испытывался до февраля 1940 года, при этом его максимальная скорость снизилась до 535 км/ч. Одной из причин уменьшения полетной скорости стали новые колеса основных стоек шасси размером 700x300 мм, которые теперь частично выступали из моторных гондол и заметно ухудшили аэродинамику самолета. В серии с середины 1940 г. ставились основные стойки измененной конструкции со спаренными колесами размером 750x175 мм. Сдача первых серийных ББ-22 авиазавода № 1 («изделие 70» из состава войсковой серии затянулась на несколько месяцев. До 1 марта 1940 г. удалось сдать заказчику всего 8 таких самолетов, еще 8 только доводились до летного состояния. При проведении испытаний одного из серийных образцов удалось добиться максимальной скорости всего 515 км/ч на высоте 5000 метров, заметно снизились потолок и скороподъемность. При возросшем полетном весе нагрузка на крыло превысила 180 кг/ м², что делало самолет еще более неустойчивым и сложным в пилотировании. Летчики отмечали высокую посадочную скорость, и склонность самолета к сваливанию на крыло.
Таким образом, получалось, что для оснащения военной авиации в серию запустили сложный в управлении самолет совсем не с высокими летными характеристиками. Да и заявленная его дешевизна на самом деле оборачивалась серьезными проблемами. Деревянная конструкция создавалась при помощи сложной и многодельной технологии, для получения необходимой прочности и высокого качества внешней отделки требовалось очень тщательное исполнение, что при серийном изготовлении обеспечить оказалось весьма непросто. В частности, особенно сложно было добиться гладкой поверхности фанерной обшивки самолеты. К сказанному следует добавить, что в 1940 году ББ-22 уже полностью был отдан на откуп серийному производству. Конструкторское бюро Яковлева в совершенствовании самолета и доведении его характеристик до более приемлемых показателей не участвовало.
Взлетный вес бомбардировщиков «ББ-22» приблизился к 6 тоннам, а нагрузка на крыло достигла значения 190 кг/ м². При этом, полетная скорость уже не превышала значений 500 км/ч. В этих условиях вполне разумным решением становилась установка на ББ-22 двигателей М-105 мощностью по 1100 л.с. В планах КБ Яковлева самолет с двумя М-105 уже проходил, он обозначался как самолет «№ 23», однако рабочим проектированием новой модификации пришлось заниматься конструкторам КБ-70 во главе с Л.П. Курбала. 4 марта 1940 г. последовало решение Комитета Обороны № 11 сс о модификации самолета «ББ-22» с двигателями М-105 и М-107. Оговаривались следующие расчетные данные: с двигателем М-105 максимальная скорость — 590 км/ч; с двигателем М-107 максимальная скорость — 650 км/ч. Самолет с двигателями М-107 остался в планах, а машина с М-105 была построена уже в марте 1940 года. Модификацию с двигателями М-105 разработали на заводе № 1, здесь внесли необходимые изменения в конструкцию, подготовили всю техническую документацию для возможной серии.
В том же декабре самолеты «ББ-22» с двигателями М-103 стали именоваться Як-2, а самолеты «ББ-22бис» с двигателями М-105 — Як-4.