Имя Погосского присвоили бригаде №2, которую возглавил А.П.Голубков. Дальнейшие испытания велись на «дублере», втором опытном экземпляре, обозначенном АНТ-27бис. Он отличался от первой машины. Проектные работы по нему начали с 24 апреля, почти сразу после катастрофы. Не сводя все к проблеме раскачки, на этом самолете усилили подкосы крепления мотоустановок. Также несколько уменьшили площади горизонтального и вертикального оперения. Ширину лодки чуть-чуть увеличили и совсем немного удлинили нос. Очертания днища также претерпели некоторые изменения.
К постройке самолета приступили уже 5 мая, а 29 сентября 1934 г. «дублер» был готов. АНТ-27бис получился примерно на 200 кг легче своего предшественника. Лодку перевезли в Севастополь, где 29 октября Т.В.Рябенко совершил на ней первый полет. Заводские испытания шли до 8 марта 1935 г. Поскольку на «дублере» все еще стояли моторы М-34Р, некоторые летные данные оказались несколько ниже, чем расчетные с М-34РН (например, максимальная скорость получилась 233 км/ч). Зато практический потолок даже превысил заданный – 5450 м. В отчете по заводским испытаниям записано, что МДР-4 «обладает хорошими гидродинамическими качествами, высокими летными качествами, простотой управления в полете, простотой взлета и посадки». По отзывам летчиков, самолет был устойчив, хорошо балансировался на любой скорости, легко выполнял виражи. Из недостатков пилоты отметили тенденцию к кабрированию после отрыва от воды и затрудненное руление при сильном ветре (во время разворота по ветру поплавки и концы крыла зарывались в воду).
С 7 апреля по 1 июня там же, в Севастополе, прошли государственные испытания. Они проводились по двум вариантам использования машины: дальний разведчик ДР-4 и морской тяжелый бомбардировщик МТБ-1, отличавшийся большим полетным весом (за счет бомб и оборудования). Во втором варианте летные данные, конечно, снизились. Отмеченные дефекты были примерно теми же, что выявились на заводских испытаниях. В целом, на фоне техники, которой располагали передовые западные страны, МДР-4 смотрелся блекло. Он морально устарел еще до внедрения в производство. Но конкурентов в СССР у него не имелось, и комиссия НИИ ВВС рекомендовала принять самолет на вооружение при условии устранения указанных недостатков. В частности, требовали установить моторы М-34РН. В мае того же года «дублер» вышел на испытания с высотными двигателями. Максимальная скорость на 3000 м поднялась до 266 км/ч, а практический потолок – до 6550 м.
23 сентября АНТ-27бис потерпел катастрофу. В полете полотно на одной из консолей сначала вспучилось, а затем начало отрываться кусками. Пилот И.Ф.Якименко решил совершить вынужденную посадку, но лодка коснулась воды на большой скорости, при пробеге потеряла устойчивость, ушла в сторону и наскочила на скалу. Самолет вспыхнул. Погибли летчик, начальник МОЭЛИД А.Е.Ведмедер и механик моторного завода №24 М.Д.Смирнов. Причиной катастрофы признали устаревшую технологию крепления полотняной обтяжки. Металлические нервюры обматывали тесьмой, а к ней шпагатом пришивали полотно. Шов потом заклеивался лентой. Установка новых моторов несколько увеличила нагрузки, и, возможно, проявились незамеченные дефекты прошивки.
Судьба «дублера» не повлияла на решение о серийном производстве. В начале 1936 г. МДР-4 был официально принят на вооружение ВВС РККА, правда, как «переходный». Это означало, что машина будет эксплуатироваться временно, до поступления более современной техники. В качестве таковой рассматривался четырехмоторный АНТ-44 (МТБ-2), работа над которым уже начиналась. Справедливости ради заметим, что известную летающую лодку Бериева МБР-2 в свое время тоже приняли как «переходную», а сняли с вооружения уже после войны.
К серийному выпуску МДР-4 стали готовиться гораздо раньше. Еще 31 марта 1934 г. ЦАГИ заключил договор с таганрогским заводом №31, по которому брал обязательства обеспечить необходимую техническую документацию и оказать помощь в процессе внедрения машины в производство. Позднее рассматривались предложения организовать выпуск МДР-4 на заводах №125 в Иркутске и №126 в Комсомольске-на-Амуре, но от них отказались по различным причинам. 20 декабря 1934 г. Совет труда и обороны (СТО) выпустил постановление № ОК-189. В нем предписывалось за 1935 г. изготовить в Таганроге 25 МДР-4.