В результате заводских испытаний были получены следующие данные при 8700 оборотах в минуту турбины двигателя: максимальная скорость на высоте 5000 метров — 800 км/ч, у земли — 770 км/ч. Ту же высоту самолет набирал за 4,1 минуты, мог подниматься на 13 700 метров. Разбег и пробег составили 520 и 480 метров соответственно, продолжительность полета — 45 минут. Следует учесть, что на высотах более 6000 метров двигатель не додавал обороты и практический потолок был получен с пересчетом на 8700 оборотов в минуту.
В августе летчик-испытатель ОКБ М. И. Иванов продемонстрировал истребитель на воздушном параде в Тушино.
Первые серийные машины, предназначенные для участия в параде, посвященном очередной годовщине Октябрьской революции, выпускались без оружия и бронезащиты, с верхним фюзеляжным керосиновым баком полного объема (на боевых самолетах из-за установки пушек емкость верхнего бака существенно уменьшилась) и неполным комплектом радиооборудования.
Завод в Тбилиси самолеты строил, но испытывать их, а тем более заниматься переучиванием летчиков на Як-15 не мог из-за полной непригодности взлетно-посадочной полосы его аэродрома. И тогда самолеты, а крыло у них было неразъемное, отправляли железнодорожным транспортом в разобранном виде в подмосковный г. Жуковский на аэродром ЛИИ. Там их собирали и облетывали.
В августе 1946 года личный состав 2-го учебно-тренировочного авиаполка (утап) в Севастлейке приступил к освоению Як-15. Первыми в полку Як-15 освоили полковники П. С. Акуленко и И. Е. Абрамов, майоры И. Д. Кошель и Кузьминский, капитан Е. А. Зырянов.
Во время одного из первых полетов в момент отрыва от ВПП на самолете, пилотируемом Н. Я. Фатеевым, загорелся двигатель. Летчик оказался в сложной ситуации, поскольку взлетал в сторону города. Тем не менее он на горящей машине перетянул через реку и посадил «як» в поле. Самолет сгорел, но пилот остался жив. Впоследствии Фатеева удостоили ордена Красного Знамени.
Полтора десятка «яков» подготовили к ноябрьскому параду. Пилоты уже сидели в кабинах, но поступила команда «отбой». Москву окутал туман.
В декабре 1946 года две машины № 31002 и № 31015 предъявили на государственные испытания в качестве тренировочных истребителей с одной пушкой НС-23, завершившиеся в апреле 1947 года. Ведущим инженером и летчиком-испытателем назначили Г. А. Седова, его дублером — А. Г. Прошакова.
Одновременно с государственными испытаниями на девятом серийном Як-15 проводились специальные летные исследования пилотажных качеств, оказавшихся близкими к Як-3. Например, вираж на высоте 5000 метров самолет выполнял за 26 секунд (у Як-3 с мотором М-107А — 20 секунд). Время выполнения боевого разворота — 24 секунды (у Як-3 с мотором М-105ПФ — 20–22 секунды), при этом Як-15 набирал высоту 1660 метров, а Як-3 с М-107А — лишь 1400 метров.
В то же время выполнение фигур высшего пилотажа на Як-15 считалось проблематичным. У военных вызывал сомнение прежде всего двигатель РД-10, собиравшийся из трофейных немецких узлов и отличавшийся низкой надежностью, кроме этого, отсутствовали катапультируемое сиденье летчика и воздушные тормоза.
И все же по технике пилотирования Як-15 являлся наиболее простым из всех первых отечественных реактивных истребителей и был доступен для освоения летчикам средней квалификации. Правда, по запасам продольной устойчивости и управляемости он не удовлетворял требованиям ВВС, поскольку оказался неустойчив в канале тангажа, а усилия на руле высоты значительно менялись в зависимости от режима работы двигателя, что связано с использованием реданной схемы.
Вместе с тем Як-15, построенный по концепции дозвуковой машины с толстым крылом, имел значительные ограничения, не позволявшие реализовать все возможности ТРД. В частности, на высотах до 3150 метров запрещалось (по условиям прочности планера) развивать скорость свыше 700 км/ч по прибору, на больших высотах скорость ограничивалась числом М=0,68.
На самолетах стояли двигатели РД-10, собранные на заводе № 26 из деталей Jumo-004B1 немецкого производства. Несмотря на тщательный контроль при сборке, ТРД нарабатывали в лучшем случае около 16 часов, при ресурсе 25 часов. За время государственных испытаний на истребителях заменили три двигателя. Неудовлетворительная их работа, к тому же ограниченная 10 минутами на номинальном режиме, не позволяла определить летные характеристики во всем диапазоне высот полета. Непрерывный набор высоты на режиме максимальной скороподъемности допускался лишь до высоты 8370 метров, а ее максимальное значение не превышало 10 000 метров, хотя по расчетам в запасе имелось еще около 3000 метров.