Второй прототип доставил испытателям гораздо больше проблем, чем первый. В одном из первых полетов Турчини услышал непонятный шум, и инстинктивно «вырубил» двигатели. Последовала грубая посадка на авторотации, потребовавшая длительного ремонта. Впоследствии неполадки трансмиссии случались неоднократно. Кроме того, «Фрелон» был слишком тяжел — вместо требовавшегося снаряженного веса 4500 кг, машина с неполной заправкой (1000 л) и без экипажа весила целых 6000 кг! И хотя в 1961 г. «Фрелон» представили на авиасалоне в Ле Бурже, где он летал в группе с другими вертолетами SNCASE — «Алуэтт» II и III, судьба машины к тому времени уже была решена: «врожденные пороки» трансмиссии и винтов закрыли для «Фрелона» путь в серию. До 1964 г. прототипы ещё летали в испытательных центрах, а затем их буквально сожгли, испытывая противопожарную систему для «Супер Фрелона».
Фактический провал первой попытки создания тяжелого вертолета не обескуражил французских конструкторов. Специалисты «Сюд Авиасьон» — концерна, образованного в результате слияния SNCASE и SNCASO («Общество авиастроительных заводов Юго-Запада») — уже в начале 1960 г. предложили сразу три эскизных проекта более совершенных машин, обозначенных SA.3210, SA.3220 и SA.3230. Примерно год разработка проектов велась параллельно, а в апреле 1961 г. был сделан окончательный выбор в пользу первого из них, предусматривавшего создание трехмоторного вертолета 12-тонного класса, оборудованного аппарелью. Военные моряки сняли свое ограничение по взлетному весу, поскольку в начале 60-х гг. в состав французского флота вошли крупные авианесущие корабли — авианосцы «Клемансо» и «Фош», а также крейсер-вертолетоносец «Жанна д'Арк», которые вполне могли принимать такие тяжелые машины. В итоге удалось создать самый тяжелый европейский вертолет грузоподъемностью 5 тонн.
Французским конструкторам не удалось создать новую машину исключительно собственными силами. Проблемы с трансмиссией и винтами на «Фрелоне» подтолкнули «Сюд Авиасьон» к сотрудничеству с зарубежными компаниями. Новый шестилопастный несущий винт проектировался специалистами «Сикорского» с учетом опыта проектирования винта для S-61 («американское происхождение» заметно в том, что в отличие от всех других французских вертолетов несущий винт «Супер Фрелона» вращается в другую сторону). Редукторы несущего и рулевого винта разрабатывались при участии итальянского «Фиата». Такое сотрудничество оказалось довольно плодотворным, и уже в сентябре 1961 г. на заводе «Сюд Авиасьон» началась сборка первого из двух прототипов «Супер Фрелона».
7 декабря 1962 г. прототип SA.3210 (гражданская регистрация F-ZWWE) на аэродроме Мариньян совершил первый полет. Интересно, что пилотировал «Супер Фрелон» тот же состав экипажа, который впервые поднял в воздух его предшественника. Первый прототип был выполнен в транспортном варианте, предназначавшемся для ВВС. Существенно возросший по сравнению с SE.3200 взлетный вес обусловил необходимость применения гораздо более мощных двигателей — на вертолет установили три ТВД «Турмо IIIС» мощностью по 1300 л.с. Герметичная нижняя часть корпуса позволяла осуществить аварийную посадку на воду, хотя полноценной амфибией вертолет не был — это качество приобрела вторая машина (регистрационный номер F-ZWWF), ставшая прототипом для флотской модификации. Этот вертолет, впервые взлетевший 28 мая 1963 г., оборудовали дополнительными поплавками на основных стойках шасси.