Проведение статических испытаний и устранение недостатков первого экземпляра опытного штурмовика ЦКБ-55 затянулись до октября 39-го. Только 2 октября БШ-2 № 1 под управлением В.К.Коккинаки совершил первый испытательный полет, который длился всего 10 минут, так как мотор перегревался, а самолет валило влево. 30 декабря В.К.Коккинаки поднял в воздух 2-й опытный БШ-2 № 2 (ЦКБ-55 № 2).
Заводские испытания опытных машин затянулись на 5 месяцев и продолжались до 26 марта 1940 г.
Проблемы с доводкой машин были связаны главным образом с неудовлетворительной работой мотора АМ-35, проходившего летные испытания впервые, и системы охлаждения воды и масла (охлаждение мотора и его систем, особенно на режимах взлета и набора высоты, было недостаточным).
В письме от 28 января 1940 г. на имя нового наркома авиапромышленности А.И.Шахурина С.В.Ильюшин отмечал, что: "…Первый опытный самолет бронированный штурмовик (БШ АМ-35) был выпущен в полет 2 октября 1939 года. На самолете были забронированы все жизненные части, включая и радиаторы водяной и мвсляный. Эти радивторы установлены в специальном канале бронированного фюзеляжа. В полете была обнаружена недостаточная эффективность охлаждения в этом канале. Было выполнено несколько вариантов размещения. Первый вариант, с которым самолет был выпущен – гликолевое охлаждение, второй вариант – маслорадиатор (новый) был щынесен из фюзеляжа в бронированный туннель под фюзеляж. Жидкостный радиатор был увеличен, отказались от гликоля и перешли на воду под давлением. Вода оказалась в норме. Масло грелось. Третий вариант – водяной и масляный радиаторы вынесены под фюзеляж. Считаю долгом доложить, что в этом бронированном самолете мы встретились с серьезными трудностями в осуществлении такой системы охлаждения, которая б amp;ла бы полностью забронирована от пуль и была бы достаточно эффективна. Такая задача решается нами впервые и требует времени для ее решения".
На расширенном совещании в наркомате авиапромышленности в апреле 1940-го Главный конструктор мотора АМ-35 А.А.Микулин выступил с резкой критикой предложенной ОКБ С.В.Ильюшина схемы размещения мотора в бронекапоте и системы его охлаждения. В частности он указывал, что ОКБ Ильюшина для БШ-2 разработало свой радиатор, тогда как в производстве уже есть хорошо отработанные водо- и маслорадиаторы к мотору, с которыми последний работает нормально. Кроме этого, Микулин особо отметил, что все работы по созданию нового штурмовика ведутся без учета необходимых условий для нормальной работы мотора, а рекомендации моторостроителей игнорируются. "…В этом броневике не сделано ни одной дырки для охлаждения мотора, как же он будет после этого нормально работать…", – в сердцах восклицал Александр Александрович…
В конце концов, ОКБ С.В.Ильюшина остановилось на следующем варианте размещения водяного и масляного радиаторов. Водяной радиатор, с увеличенной поверхностью охлаждения, разместился в воздушном канале фюзеляжа и занял всю его ширину, а масляный радиатор был перенесен под бронекорпус и установлен в прямоугольной бро- некорзине, в передней части которой имелась бронезаслонка, полностью закрывавшая входное отверстие масляного радиатора при обстреле с земли во время атаки или при вынужденной посадке с убранными шасси. Система охлаждения работала под избыточным давлении в 1,8 атмосферы.
Для охлаждения свечей системы зажигания двигателя и выхлопных патрубков, а также для продува внутренней полости бронекорпуса его передние боковые и нижняя бронекрышки выполнялись в виде заборников воздуха, который выходил из бронекорпуса через бронекарманы, установленные за выхлопными патрубками мотора.
За весь цикл заводских испытаний на БШ-2 № 2 было выполнено 14 полетов с общим налетом 4 часа 46 минут, из которых только 4 полета были выполнены на определение летных характеристик. Тем не менее, 26 марта 1940 г. ОКБ представило штурмовик на государственные испытания. Еще через четыре дня, 31 марта, БШ-2 № 2 был официально принят в НИИ ВВС для проведения государственных испытаний, которые начались уже на следующий день и завершились 19 апреля (ведущий инженер – военинженер 1-го ранга Н.С.Куликов, ведущий летчик-испытатель – майор А.К.Долгов и штурман-испытатель – майор И.Д.Соколов). На самолете было выполнено 38 полетов с общим налетом 19 часов 20 минут.
Испытывавшийся в НИИ ВВС БШ-2 № 2 с АМ-35 имел следующие весовые характеристики:
вес без нагрузки……………………………….. 3615 кг
вес нагрузки………………………………….. 1100,5 кг
полетный вес……………………………………. 4725 кг
нагрузка на крыло…………………….. 122,5 кг/м
нагрузка на 1 л.с. мотора…………………….. 3,5 кг
нагрузка:
горючее (бензин Б-78)……………………… 315кг
масло…………………………………………………… 30 кг
экипаж……………………………………………….. 180 кг
бомбы (4 ФАБ-100)…………………………… 400 кг
замки……………………………………………………. 44 кг
4 пулемета ШКАС в крыле…………………. 42 кг
3000 патронов…………………………………… 102 кг
ШКАС на турели……………………………… 10,6 кг