В ходе заводских испытаний обнаружилось, что газовые струи двигателей «прилипают» к крылу неравномерно и их поведение зависело от режима полета. В итоге пришлось провести дополнительные исследования по выбору наиболее приемлемой формы сопловой части гондол двигателей. При отказе одного из ТРДЦ, из-за разницы в коэффициентах подъемной силы левой и правой половин крыла, появлялась тенденция к перевороту самолета на спину, и от летчиков в полете требовалось особое внимание. Выход из этой ситуации нашли, парируя крен, вызванный несимметричной тягой двигателей, отклонением интерцепторов, размещенных на противоположной консоли крыла.
На первой опытной машине, видимо, отсутствовало устройство реверса тяги, и для сокращения пробега использовали тормозной парашют. На стабилизаторе установили фиксированный дефлектор по типу предкрылка, обеспечивающий его безотрывное обтекание на режимах короткого взлета и посадки.
Так, создавая Ан-72, постепенно пришли к облику, напоминающему американский YC-14. ОКБ решило поставленную задачу. Но как показал последующий опыт эксплуатации Ан-72, да и Ан-74, их способность взлетать и садиться на небольшие, порой неподготовленные площадки так и осталась практически невостребованной. Но вины машины в этом нет.
Силовая установка первых Ан-72 включала два турбовентиляторных двигателя Д-36 серии 1А со степенью двухконтурности 5,6. Двигатели, созданные Запорожским МКБ «Прогресс» под руководством В. А. Лотарева, развивают на взлете тягу по 6500 кгс при удельном расходе топлива 0,34 кг/кгс.ч.
Самолет мог перевозить в герметичном отсеке крупногабаритные грузы и самоходную технику, в том числе автомобили ГАЗ-66 и УАЗ-469, авиационные двигатели, стандартные контейнеры и грузы на поддонах, предусмотрели сиденья для десантников.
Особое внимание уделялось выбору схемы шасси, которое должно было обеспечить «вездеходность» машины. Рассматривалось даже взлетно-посадочное устройство на воздушной подушке. Однако, взвесив все его положительные и отрицательные стороны, конструкторы остановились на классической схеме с независимой рычажной подвеской колес и управляемой носовой стойкой, допускающими эксплуатацию самолета как с бетонированных, так и с размокших грунтовых ВПП.
Основные стойки шасси не имели замков убранного положения, их колеса лежали на створках ниш шасси. При отказе гидравлической системы самолета подобное техническое решение позволяет колесам занимать посадочное положение под собственным весом и, в крайнем случае, совершать посадку с одной невыпущенной опорой.
Вертикальное оперение отличается не только большой площадью, но и двухзвенным рулем поворота, обеспечивающим требуемые запасы путевой управляемости на малых скоростях.
Для снижения усилий в системе управления в широком диапазоне режимов полета и центровок самолета рули имеют весовую и аэродинамическую балансировку, нижняя секция второго звена руля направления оснащена триммером, а руль высоты — триммерами и сервокомпенсаторами. Такое решение дает возможность летчикам парировать нарушение балансировки самолета при выпуске механизации крыла, когда картина обтекания самолета воздушным потоком резко меняется и на малых скоростях он буквально «висит» на двигателях, и пилотировать самолет вручную даже при отказе бустеров.
Экипаж самолета состоял их трех человек: двух летчиков и борттехника.
Первый прототип Ан-72 построили на Киевском механическом заводе — производственной базе ОКБ O.K. Антонова в кооперации с Киевским авиационным производственным объединением (ныне завод «Авиант»), куда по мере готовности передавались рабочие чертежи. Остальные четыре самолета, включая машины для статических и ресурсных испытаний, построили на «Авианте».
Первым из сборочного цеха завода выкатили самолет № 004. 31 августа 1977 года Ан-72, зарегистрированный под индексом СССР — 19774, пилотируемый летчиком-испытателем ОКБ В.И. Терским (второй пилот В.И. Горбик, бортинженер А.А. Круц и ведущий инженер по летным испытаниям А.Т. Романюк), впервые поднялся в воздух. В декабре того же года средства массовой информации известили советских граждан о рождении новой крылатой машины, а ТАСС распространило ее фотографии.
Однако еще до этого события разведка США идентифицировала Ан-72, присвоив ему кодовое имя НАТО Coaler.
В том же 1977 году ведущий конструктор самолета Я. Г. Орлов в интервью корреспонденту «Правды» сказал, что «Ан-72 предназначен для замены хорошо известного грузового самолета Ан-26.
Для статических и ресурсных испытаний построили две опытные машины, № 001 и № 002 соответственно, а для летных испытаний — дополнительно № № 003, 005 и 006. Внешне опытные самолеты отличались коротким крылом и парой хвостовых подфюзеляжных гребней, наподобие тех, что стояли на Ан-10А.