Проект одноместного штурмовика ОБШ с мотором М-71 был готов и утвержден в сентябре, а постановление от 4 марта 1940 года ставило задачу постройки первого опытного экземпляра к 15 ноября этого же года. Согласно заданию, самолет должен был иметь вооружение в составе шести пулеметов ШКАС и поднимать до 200 кг бомб. По ряду причин, в том числе производственного характера, но самое главное в связи с затягиванием сроков готовности М-71, самолет, получивший к тому времени наименование Су-6, поднялся в воздух только в марте 1941 года. По отзыву летчика-испытателя М. Галлая, «самолет производит отличное впечатление – приятный в пилотировании, доступный по своей простоте для летчика средней квалификации, неутомительный в полете». При этом основные летные характеристики – скорость 510 км/ч у земли и 527 км/ч на высоте и скороподъемность 410 м/мин оказались выше, чем у Ил-2 АМ-38. Однако приходилось учитывать, что первый экземпляр не имел вооружения и полного бронирования – общий вес его брони составлял 195 кг.
Второй экземпляр самолета проходил испытания уже в сентябре 1941 года. В ходе доработок было усилено вооружение штурмовика, в состав которого вошли две 23-мм пушки и реактивные снаряды.
Кроме того, к концу 1942 года был построен самолет, на котором вместо 23-мм были установлены пушки калибра 37 мм, но его испытания не проводились. В начале 1943 года П. Сухой, на основании опыта действий штурмовой авиации придя к выводу о необходимости наличия в экипаже бортстрелка, снова переработал конструкцию машины.
В марте 1943 года двухместный Су-6 М-71 поднялся в воздух, а в июне – августе прошел государственные испытания, по окончании которых был сделан вывод, что «…
Вооружение включало две 37-мм пушки 11П-37 (в будущем переименованные в НС-37 пушки Шпитального) и два крыльевых пулемета ШКАС. Оборонительная блистерная установка БЛУБ оборудовалась 12,7-мм пулеметом УБТ.
По итогам испытаний максимальная скорость Су-6 М-71Ф достигла значения 480 км/ч у земли и 514 км/ч на высоте 3850 м, что было на 80–100 км/ч выше показателей двухместного Ил-2 АМ-38Ф с 23-мм пушками. Бомбовая нагрузка размещалась во внутреннем бомбоотсеке и не ухудшала аэродинамику самолета.
Однако, как уже упоминалось, двигатель М-71, который планировалось установить на ряд разрабатываемых боевых самолетов, так и не был доведен до серийного производства. В поисках выхода из сложившейся ситуации Сухой рассматривал М-82ФН, однако, согласно расчетам, с этим двигателем штурмовик мог бы иметь скорость около 415 км/ч у земли и максимальную около 435 км/ч, что лишь незначительно превосходило данные Ил-2. В свою очередь, руководством НКАП Сухому было рекомендовано установить мотор жидкостного охлаждения АМ-42. Несмотря на убежденность сотрудников ОКБ, что самолет «
Тем временем в мае 1944 года на государственные испытания был передан новый штурмовик Ильюшина Ил-10. По своим летным данным и схеме бронирования он не превосходил самолет Сухого, но имел более высокую скорость. И хотя испытания Су-6 продолжались до июля 1944 года (при этом будучи прерванными из-за дефектов мотора), в августе было принято решение о начале серийного выпуска Ил-10.
Можно предположить, что советское руководство сочло перевод на производство Ил-10 менее болезненным для заводов, ранее выпускавших Ил-2, хотя, по сути, это был уже другой самолет.