Постройка XP-38 (внутрифирменное обозначение — «Модель 22», зав. номер 37-457) на основании контракта с Военным министерством AC9974 была завершена в самом конце 1938 г. на заводе фирмы «Локхид» в Бербанке (Burbank), после чего машину переправили в Калифорнию на аэродром Марч Филд, где решили проводить испытания. Испытательные полеты выполнял лейтенант Бен Келси, один из офицеров Воздушного корпуса, разрабатывавших техническое задание X-608. Одновременно он стал Офицером проекта (официальным наблюдателем от USAAC) по истребителю фирмы «Локхид». Первые пробежки и подлеты выявили неудовлетворительную работу тормозов. В результате машина получила небольшие повреждения, что привело к задержке первого вылета до 27 января 1939 г. Этот полет чуть было не стал последним. По мере набора высоты обнаружилась сильная вибрация закрылков Фаулера, в результате чего разрушились три из четырех несущих кронштейнов. Келси начал подумывать о покидании машины с парашютом. Впрочем, вскоре он обнаружил, что неприятные явления ослабевают, если убрать газ и увеличить угол атаки почти до критического. После напряженного 34-минутного полета лейтенанту Келси удалось посадить машину. Угол атаки в момент касания был равен 18°, и самолет зацепил пятками килей за бетонку прежде, чем колеса основных стоек коснулись ВПП.
Вряд ли можно было говорить о результатах первого вылета как о выдающемся успехе и увидеть в них залог замечательной роли P-38 в будущем. Опытный экземпляр истребителя XP-38, по оценке летчика-испытателя, имел следующие дефекты:
— недостаточно эффективные тормоза, несмотря на установку ручной помпы и независимого контура гидросистемы;
— неудовлетворительную продольную устойчивость, что потребовало увеличения площади стабилизатора (реализовано на YP-38);
— бафтинг руля высоты, первоначально принятый за флаттер. Было принято решение для борьбы с бафтингом изменить направление вращения винтов на противоположное. Кроме того, по рекомендации USAAC руль высоты был оборудован вынесенными весовыми компенсаторами;
— недостаточную производительность водорадиаторов, что потребовало переделки системы охлаждения двигателей. Усовершенствование формы тоннелей и подбор радиаторов, кроме всего прочего, обеспечили увеличение скорости полета XP-38 на 12,8 км/ч.
До 10 февраля было выполнено еще пять полетов с суммарным налетом 4 часа 49 минут. В ходе их получили подтверждение высокие летные данные новой машины. Для продолжения официальных испытаний необходимо было перебросить самолет на авиабазу Райт Филд в районе Дайтона, штат Огайо, на другом конце США. С разрешения командующего USAAC генерала Арнольда на 11 февраля 1939 г. был спланирован рекордный полет по маршруту Марч Филд — Амарилло — Дайтон. Предусматривалась возможность продления маршрута до Нью-Йорка. С посадкой в Амарилло, штат Техас, XP-38 успешно перелетел на авиабазу Райт Филд, а затем на авиабазу Митчелл Филд, штат Нью-Йорк. Весь полет занял 7 часов 2 минуты, при этом XP-38 показал среднюю воздушную скорость 563 км/ч, а путевую с учетом попутного ветра — более 676 км/ч, что произвело большое впечатление на руководителей USAAC. Генерал Арнольд рассчитывал, что успех перелета будет способствовать изменению позиции американских конгрессменов в отношении военной авиации: еще бы, ведь планировалось побитие мирового рекорда скорости на базе «Тихий океан — Атлантический океан».