Для уменьшения усилий на органах управления рули и элероны Ан-12 имели развитую аэродинамическую компенсацию, обеспечивающую приемлемые усилия на всех режимах полета. Кроме того, на руле направления установили кинематически связанный с рулем пружинный сервокомпенсатор, угол отклонения которого зависел от усилий на педалях. На всех рулях устанавливались триммеры, а на элеронах — триммеры-сервокомпенсаторы, позволяющие сбалансировать самолет и снять усилия с органов управления при любых полетных режимах, включая и полет при остановленных двух двигателях с одной стороны машины. Благодаря установке на Ан-12 системы автоматического флюгирования винтов имелась возможность установки лопастей винта по потоку при любом случае отказа ТВД. При неудачном заходе на посадку с двумя неработающими с одной стороны двигателями и зафлюгированными винтами Ан-12 имел возможность уйти на второй круг (по крайней мере, считалось, что подобный акробатический трюк «особых трудностей не представляет»).
Ан-12 строился по нормам прочности 1953 г. и по классификации был отнесен к классу «В» тип 13 и 14 (пассажирские, транспортные и десантные самолеты). Максимальная эксплуатационная перегрузка равнялась +2,35, а минимальная (отрицательная) — 1,18. Со временем, когда допущена была эксплуатация самолета с увеличенным полетным весом и большей нагрузкой, максимальную перегрузку установили равной 2,23.
Проектирование самолета, как и требовало постановление, было выполнено в рекордно короткий срок. От момента начала работ до выхода на испытания прошло чуть более пятнадцати месяцев. Первый опытный самолет «У», строился в Киеве. 7 марта 1957 г. он поднялся в воздух с аэродрома летно-испытательной станции завода. Командиром экипажа был опытнейший летчик-испытатель ЛИИ Герой Советского Союза Я.И.Верников, вторым пилотом — И.Е.Давыдов.
Транспортный вариант имел по конструкции планера 86 % общих с пассажирским самолетом узлов и деталей (разработчики иногда говорили даже о 92 % унификации) и был спроектирован всего за восемь месяцев. Макетная комиссия по нему завершилась 22 июля 1956 г. с общей положительной оценкой. Главными отличиями транспортного самолета от Ан-10 стали новая хвостовая часть фюзеляжа с обширным грузолюком, герметичной кабиной стрелка и установка ДБ-65У системы оборонительного пушечного вооружения ПВ-23УС с двумя 23-мм орудиями АМ-23 (взята практически без изменений с Ан-8), а также двигатели АИ-20 опытной серии. Для компенсации отсутствия подфюзеляжного гребня, установленного на пассажирском самолете (его место занял грузолюк), Ан-12 имел большой форкиль. Первая машина «Т», получившая заводской № 7900101, была изготовлена на заводе № 39 в Иркутске в конце 1957 г. Ее преемственность с Ан-10 позволила отказаться от постройки опытного образца — первая иркутская машина была и первой серийной. Серийные номера Ан-12 иркутского завода расшифровывались следующим образом: первая цифра (7) — год выпуска (1957), вторая и третья — код завода (90), остальные — серия (01) и номер самолета в серии (01).
Первый полет Ан-12 состоялся 16 декабря 1957 г. В воздух его поднял экипаж в составе Героя Советского Союза Я.И.Верникова (командир, летчик-испытатель ЛИИ), Г.И.Лысенко (второй пилот, переведен в ОКБ из НИИ ГВФ), П.И.Уварова (штурман). И.М.Морозова (бортиженер), М.Г.Юрова (бортрадист), В.Г.Жилкина (бортстрелок).
В воздухе после уборки закрылков и уменьшения мощности двигателей возникла тряска носовой части фюзеляжа. Командир решил не рисковать, и через несколько минут прервал полет единственной к тому времени машины. Вскоре выяснилось, что тряска вызывалась незакрытой створкой передней ноги шасси и не была опасной. Со второго полета ведущим летчиком заводских испытаний назначили Г.И.Лысенко. За восемь месяцев Ан-12 прошел программу заводских испытаний, к концу которых участвовали уже три самолета.
Еще в ходе первых полетов летчики отмечали высокую энерговооруженность и аэродинамическое качества самолета. Из-за резкого разбега незагруженной на испытаниях машины они часто не успевали своевременно создавать взлетный угол, поэтому отрыв происходил на повышенной скорости. Вследствие сильного реактивного момента четырех воздушных винтов левого вращения правая стойка шасси нагружалась больше левой, и Ан-12 на разбеге проявлял тенденцию к развороту вправо, чувствительную при узкой колее шасси. Парировать этот эффект рулями не позволяла их малая эффективность в начале разбега. Разрешалось использовать для компенсации момента управление передней стойкой от педалей, обычно используемое при рулении.