Позже на самолете № 7900102 провели исследования на «срыв», показавшие, что времени от момента срыва до начала установившегося штопора достаточно для оценки создавшего положения и принятия мер для выхода из опасного положения.
Чтобы не терять время на государственные испытания, начавшиеся в июне 1959 года, предъявили серийную машину № 8900305. К тому времени завод в Иркутске освоил серийное производство Ан-12. Ведущими по самолету были инженер И.В. Орлицкий, летчики-испытатели И.К. Гончаров и А.К. Дегтярь.
В заключении акта по результатам государственных испытаний, проходивших с 16 декабря 1958-го по 20 мая 1959 года, отмечалось, в частности:
По мнению летчиков-испытателей, облетавших машину, Ан-12 на эксплуатационных режимах доступен пилотам средней квалификации, летавших на Ил-12, Ил-14 и Ту-4 и прошедших специальную подготовку по особенностям полетов на самолетах с ТВД, включая особые случаи. В то же время выявилась недостаточная путевая устойчивость и управляемость на разбеге и пробеге с боковым ветром свыше 8—10 м/с. Оказались недостаточно эффективными элероны и чрезмерными усилия на штурвале от них. Вдобавок проявилась тряска хвостового оперения, передававшаяся на всю машину при приборных скоростях ниже 350 км/ч и углах отклонения руля направления больше 16–18 градусов.
В этом же году на машине № 8900302 испытали вооружение. В отчете по их испытаниям, например, отмечалось, что радиолокационный прицел РБП-3 обеспечивает определение местоположения самолета, его высоту, путевую скорость, угол сноса и данные ветра. С высоты 5000–8000 метров РЛС обнаруживала крупные промышленные и административные центры на удалении 80-120 км, а водные рубежи — на 80 км.
В 1959 году самолет приняли на вооружение под обозначением Ан-12, а после демонстрации машины в 1961 году на воздушном параде в Тушине НАТО присвоил ему кодовое имя «Куб», что в переводе с английского означает «Новичок».
Не стоит думать, что руководство ВВС и Министерства обороны на ура восприняло появление Ан-12. Развернулись споры о надобности этой машины. Вопреки мнению руководителей промышленности заказчик рассуждал иначе. Кое-кто считал, что Ан-8, как более дешевый и требующий меньших затрат металла, вполне обеспечит все потребности вооруженных сил. В конце концов время полностью подтвердило правильность принятого решения о массовом производстве Ан-12, значительно превосходившего предшественника, главным образом по грузоподъемности и более широкой номенклатуре перевозимых грузов. Более того, Ан-12 имел большие резервы по модернизации, и неудивительно, что сразу же был запущен в серию, став на долгие десятилетия основным самолетом военно-транспортной авиации.
Самолет по своим возможностям значительно превосходил первый отечественный военно-транспортный самолет Ан-8. Ан-12 были присущи не только положительные качества, но и недостатки. Существенным из них считалась малая дальность полета, увеличение которой стало одной из главных задач ОКБ-473. К числу первых модификаций относится Ан-12УД (увеличенной дальности). На машине (заводской № 10–07) в грузовом отсеке между 16 и 26-м шпангоутами установили топливные баки емкостью 7600 литров, позаимствованные со стратегического бомбардировщика ЗМ. В результате общий запас топлива на борту достиг 21 870 литров. Увеличили также запас масла и объем кислородных баллонов. Летные испытания (ведущий летчик ОКБ Ю. В. Курлин), проведенные ОКБ совместно с ВТА и ВВС с 20 по 27 октября 1960 года, показали, что дальность с нагрузкой 3000 кг при максимальном взлетном весе возросла на 1900–2000 км и составила 4900 км.
С 1957 по 1962 год завод в Иркутске сдал военным и гражданским заказчикам 187 самолетов Ан-12 и Ан-12А.