Тем временем испытания Ан-10 продолжались. 9 января 1958 года в полете со снижением с работающими на номинальном режиме двигателями на высоте 5500 метров была достигнута скорость 790 км/ч, что соответствовало числу М = 0,71. При этом в поведении машины никаких отклонений не обнаружили. Это радовало, но три месяца спустя, 18 апреля, во время испытательного полета (командир И.Е. Давыдов) сломался левый закрылок. Потерявший управление самолет с большим креном стал терять высоту, и лишь на 500 метрах удалось выйти из опасного положения и посадить самолет на аэродром. Видимо, это был не единичный случай, поскольку в августе 1961 года для предупреждения летных происшествий было предложено доработать закрылки, устранив конструктивно-производственные дефекты.
29 апреля 1958 года потеряли первый Ан-10 (четвертый серийный экземпляр № 02–02). Во время испытательного полета в Воронеже отказали оба двигателя АИ-20 на правой плоскости. При вынужденной посадке самолет разрушился и загорелся. Из пяти членов экипажа погиб бортинженер Захаров. Летчики Ларионов и Шевкуненко получили легкие повреждения. Виновными, как всегда, оказались летчики, севшие за штурвал самолета без предварительной летной проверки и рекомендаций по пилотированию самолета в особых случаях, связанных с заходом на посадку и уходом на второй круг на двух двигателях.
27 апреля 1959 года Ан-10 выполнил свой первый технический рейс, и ровно через месяц состоялся рекламный полет по маршруту Киев — Москва — Тбилиси — Адлер — Харьков — Киев. Рекламировать было что. По расчетам, стоимость перевозки одного пассажира получалась значительно ниже, чем на Ту-104А, главным образом, из-за большей пассажировместимости. Это давало основание считать Ан-10 одним из самых рентабельных самолетов. Но уже у Ту-104Б, перевозившего до 100 человек, экономичность стала выше, чем у «Ан». Следует отметить, что высокая экономичность Ту-104Б имела место лишь при полетах на больших высотах. Ан-10 оказался выгодным при полетах как на средних, так и на сравнительно малых высотах.
22 июля 1959 года началась эксплуатация лайнера в Аэрофлоте на трассе Москва — Симферополь. В этом же году в производство запустили первую модификацию — Ан-10А с удлиненным фюзеляжем и двигателями АИ-20А, а затем АИ-20К. Машина выпускалась в двух вариантах. Сначала на 89 и 100 пассажирских мест, впоследствии их число довели до 118, потом и до 132.
Эксплуатация Ан-10 на авиалиниях продолжалась недолго, поскольку выявились серьезные конструктивные и производственные дефекты.
С августа 1959 года на всех выпущенных Ан-10 начали первую крупную доработку. В частности, требовались изменения в носовой части фюзеляжа, заключавшиеся в установке на ней противошумового пояса, перемещение кухни, переделка противообледенительных систем крыла и оперения, а также противопожарных устройств крыла и двигателей. Необходимо было заменить шасси, закрылки, хвостовые части крыла. Значительной доработке подверглась электросистема. Если углубиться в полный перечень дефектов, то невольно хочется задать вопрос: а не проще ли было построить новые самолеты?
К 1960 году на аэродроме завода в Воронеже скопилось 26 самолетов Ан-10 и Ан-10А ГВФ. Для их доработки в течение шести месяцев требовалось 1490 человек, что составляло 21 процент всей мощности завода! Дорабатывались не только гражданские, но и военные машины. Например, в ВВС лишь в феврале 1961 года приступили к нормальной эксплуатации Ан-10 и Ан-10А.
В январе 1960 года O.K. Антонов предложил разработать модификацию Ан-10Д. По этому поводу он писал: