Но испытания машины начались лишь в ноябре и затянулись до марта 1942 года. Ведущими по машине были инженер Н.К. Кокорин и летчик-испытатель Валентин Васильевич Лисицын.
Испытания самолета из-за ненадежной работы двигателей шли тяжело. Чуть ли не в каждом полете отмечались недостатки силовой установки. Самолет по сравнению с машиной, оснащенной двигателями М-105, потяжелел аж на 1700 кг. Такова цена модернизации. По скорости он заметно превосходил отечественный Ил-4 и немецкий Ju-88, хотя уступал Пе-2 и 103-У с аналогичными моторами. Правда, следует учесть, что последние две машины были не дальними, а фронтовыми бомбардировщиками. Ниже был и потолок (кроме Ju-88), но все же выше, чем у его предшественника Ер-2 с М-105, хотя этот вывод сделали по результатам лишь одного полета. Самолет медленней набирал высоту и дольше разбегался, чем Ер-2 с М-105, поскольку диаметр винта был меньше, чем позволял двигатель, из-за близости мотогондол к фюзеляжу. Велика была и посадочная скорость. Да и площадь посадочных щитков типа Шренка была заметно ниже, чем у того же Пе-2. Отсюда и увеличенный пробег, к тому же эффективность тормозов желала лучшего.
Дальность полета не проверялась, но по данным замера расхода горючего моторами АМ-37 этот параметр при полной заправке горючим (3900 кг) и 1000 кг бомб составил бы 3020 км. Правда, взлетный вес при этом должен был составить 15 000 кг.
В то же время отмечались простые пилотирование и техника взлета и посадки, в том числе и с боковым ветром до 10 м/с.
Опытный экземпляр Ер-2 с моторами АМ-37
В итоге в заключении акта по результатам испытания военные отметили
В целом и с этими моторами самолету не повезло, да и АМ-37 серийно не выпускался.
Находясь в эвакуации, сотрудники ОКБ-240 продолжали поиски двигателей для Ер-2. В частности, планировалась установка карбюраторных АМ-39. С ними ожидалось получить максимальную скорость 510 км/ч на высоте 7000 метров и довести дальность до 4000 км. При этом оборонительное вооружение предлагалось довести до шести пулеметов БС, обеспечивавших практически круговой обстрел. Но этот вариант так и не построили.
Помимо бомбардировщиков с моторами А.А. Микулина и с дизелями в сентябре 1943 года летчик А.Д. Алексеев испытал Ер-2 с Х-образными двигателями МБ-100, но он так и остался в разряде опытных.
Альтернативой АМ-37 могли стать дизели М-30 и М-40, работавшие на тракторном керосине. Первый из них создавался под руководством А.Д. Чаромского, а второй — В.М. Яковлева. Взлетная мощность М-30 — 1500 л.с., а М-40 и М-40Ф — 1200 и 1250 л.с. соответственно.