Из трех летных экземпляров И-270 построили два. Первый под индексом «Ж- 1» выкатили из сборочного цеха 28 декабря 1946 г. За проведение заводских испытаний отвечали ведущий инженер А.Ф. Турчков и летчик-испытатель В.Н. Юганов. Поставка летного двигателя задерживалась. На самолет установили полученный 21 октября макетный двигатель, что не позволило приступить к полноценным летным испытаниям. В связи с отсутствием кондиционного двигателя испытания разделили на два этапа.
На первом, «безмоторном», этапе выполняли буксировку И-270 за бомбардировщиком Ту-2. Для этого самолет был облегчен за счет снятия всех излиш них грузов; макетного двигателя, баков горючего, проводки питания двигателя и вооружения. Буксировочные испытания машины «Ж-1» начались 3 февраля 1947 г. В этот день Юганов выполнил первый полет длительностью 13 минут. Самолет-буксировщик Ту-2 № 1041 пилотировал летчик-испытатель И.И. Шелест.
Планерные испытания начались с предварительной подготовки. Проводились 11 и 13 января наземные буксировки опытного перехватчика с отцепкой на скорости и подлетом на высоту 1,5-2 метра, а 3 февраля Юганов выполнил тренировочный полет на истребителе Як-9, который буксировался за Ту-2 № 1041 в качестве планера. Для имитации характеристик продольной и поперечной устойчивости, сходных с расчетными характеристиками И-270, яковлевскую машину специально загрузили свинцовыми болванками.
В полетах на привязи расцепка И-270 с бомбардировщиком Ту-2 происходила после набора высоты 5000-7000 метров. Затем опытная машина как планер совершала самостоятельный полет и посадку. На планировании была получена максимальная приборная скорость свободного полета 600 км/ч и минимальная – 220 км/ ч. Первый этап испытаний, который позволил определить характеристики устойчивости и управляемости самолета, его маневренные качества, а также снять балансировочные кривые, завершился 25 июня. Всего выполнили 11 буксировочных полетов с отцепкой.
На следующем экземпляре И-270 (Ж- 2) установили 8 мая 1947 г. летный двигатель РД-2МЗВ, что позволило приступить ко второму этапу испытаний. Ведущим инженером по двигателю назначили Н.И. Ковуновского, а механиком – А.И. Лукашева. При завершении отработки двигателя на земле 16 июля произошел взрыв малой камеры, приведший к повреждению хвостовой части фюзеляжа. Машину отправили в ремонт, который закончился 2 августа. Летчик-испытатель подполковник А.К. Пахомов, привлеченный к испытаниям в связи с болезнью Юганова, выполнил 26 августа на «Ж-2» две рулежки и один подлет.
Первый самостоятельный вылет И-270 (Ж-2) состоялся вечером 2 сентября 1947 г. Взлет с работающим двигателем был нормальным, самолет набрал высоту 3000 метров. После этого, в соответствии с заданием, летчик стал планировать на посадку, но из-за неточного расчета, с большим «промазом» посадочных ограничителей, приземлился вне аэродрома. Первый 7-минутный полет стал одновременно и последним. У самолета разбилась носовая часть фюзеляжа, но летчик не пострадал. Машину решили не восстанавливать.
Тем временем, на самолете И-270 (Ж- 1) макетный двигатель заменили кондиционным, и 14 августа машина поступила в Л ИИ на летные испытания. Юганов выполнил 29 сентября рулежку, а утром 4 октября поднял самолет в воздух.
В процессе полета совместно со специалистами ЛИИ были проведены измерения траектории, скорости и скороподъемности истребителя-перехватчика И- 270. Фотографирование для регистрации параметров производилось двумя кинотеодолитами фирмы «Аскания», расположенными друг от друга на расстоянии 1737 метров. Съемка проходила со скоростью 4 кадра в секунду, от начала старта до момента выключения двигателя.
При возвращении на аэродром не вышло шасси. Все попытки летчика его выпустить не увенчались успехом. Юганов решил посадить машину на фюзеляж. Выбрав подходящее место, он мастерски приземлился на весьма ограниченную площадку, благодаря чему самолет получил минимальные повреждения. Весь полет продолжался 12 минут.
После обработки полученных данных испытатели получили следующие характеристики полета: длина и время разбега составили 697 метров и 20 секунд, скорость отрыва – 233 км/ч, двигатель был выключен через 130,5 секунды на высоте 4450 метров, скорость доводилась до 615 км/ч на высоте 2900 метров.
Точность полученных результатов позволила рекомендовать применение фотокинотеодолитов во время летных испытаний для определения горизонтальной и вертикальной проекций траектории, скорости и скороподъемности, особенно при неустановившемся режиме полета.
Неудачи продолжали преследовать испытателей. Так, 21 октября, после завершения ремонта при запуске двигателя на земле произошел взрыв большой камеры, в результате чего у ЖРД вырвало сопло. Ремонт самолета закончился к 20 ноября.
В январе 1948 г. был полностью подготовлен к полету И-270 (Ж-1). Однако дальнейшие испытания приостановили. Выяснилось, что эксплуатация кислотного ЖРД в зимних условиях не отработана.