Для улучшения устойчивости и управляемости вертолета на хвостовой балке располагался управляемый стабилизатор. Изменение угла установки стабилизатора осуществлялось ручкой «шаг-газ» в кабине пилота. В систему управления входили мощные гидроусилители, работающие от основной и дублирующей гидросистем вертолета. Помимо них на вертолете имелась вспомогательная гидросистема, обеспечивающая управление трапами, створками, стеклоочистителями и т.п.
Шасси Ми-6 – неубирающееся трехопорное, с хвостовой опорой. Стойки передней и основных опор имели пневмомасляные амортизаторы. Колеса основных опор были оборудованы тормозами и на некоторых модификациях закрывались обтекателями. Сдвоенные колеса передней опоры – самоориентирующиеся.
Установленные на Ми-6 пилотажно-навигационные приборы и радиооборудование позволяли осуществлять полеты днем и ночью в сложных метеорологических условиях. По проекту на Ми-6 предусматривалась установка опробованного на Ми-4 трехканального автопилота АП-31В, способного стабилизировать вертолет по каналам рыскания, крена и тангажа. В 1962 году его заменил более совершенный четырехканальный автопилот АП-34Б с дополнительной стабилизацией по высоте. В отличие от предшественника, он был включен не по параллельной, а по последовательной схеме, что значительно облегчало пилотирование летательного аппарата.
Сборка Ми-6 осуществлялась в сборочном цехе на аэродроме Захарково. Одновременно с постройкой проводились длительные всесторонние испытания на усталостную прочность силовых агрегатов: втулок и лопастей несущего винта, рулевого винта, редукторной рамы и автомата перекоса. В октябре 1956 года первый Ми-6 был готов в «бескрылом» варианте, задерживалось только изготовление несущего винта. Поэтому первое время вертолет использовался для ресурсных испытаний с аэродинамическим тормозом-мулинеткой вместо несущего винта. Винт удалось собрать и установить на Ми-6 только в июне следующего года. Таким образом «ресурсный» экземпляр был превращен в летный, и летчик-испытатель Р.И. Капрэлян 5 июня 1957 года впервые оторвал Ми-6 от земли, а 18 июня уже осуществил на нем полет по кругу. Через два дня Ми-6 летал в строю с двумя Ми-1.
Удачно спроектированная машина успешно прошла первый цикл предварительных испытаний. В конце октября 1957 года в очередном испытательном полете экипаж Р.И. Капрэляна поднял груз 12004 кг на высоту 2432 м. В этом полете Ми-6 по грузоподъемности в два раза превзошел рекордный показатель, достигнутый американским тяжелым вертолетом S-56. «Новый русский гигант Ми-6 может поднять любой самый большой западный вертолет с полной нагрузкой», – сообщила американская пресса. С 1957 года приоритет в разработке самых больших и грузоподъемных вертолетов всегда принадлежал нашей стране. За первым рекордом последовали другие. 16 апреля 1959 года испытатели подняли груз 5 т на высоту 5584 м (экипаж С.Г. Бровцева) и 10 т – на 4885 м (экипаж Р.И. Капрэляна). В сентябре 1962 года Ми-6 «забрался» на высоту 2738 м с грузом в 20,1 т (экипаж Р.И. Капрэляна). В рекордных полетах взлетная масса вертолета достигала 48 т. Взлетная масса зарубежных вертолетов до сих пор на превосходит 34 т. Титул самого большого и грузоподъемного вертолета Ми-6 уступил через 12 лет другому вертолету-великану конструкции М.Л. Миля – двухвинтовому Ми-12 (В-12), создававшемуся с использованием винтомоторных установок и ряда других агрегатов, хорошо отработанных на Ми-6.
В свое время Ми-6 по праву считался не только самым грузоподъемным, но и самым скоростным вертолетом в мире. Высокая энерговооруженность в сочетании с удачной аэродинамической компоновкой этой машины позволили советским летчикам установить на ней ряд мировых рекордов скорости. За достижение 21 сентября 1961 года на Ми-6 экипажем Н.В. Левшина скорости полета 320 км/ч, долгое время считавшейся недосягаемой для вертолетов, Американское геликоптерное общество наградило ОКБ М.Л. Миля самым почетным в США Призом И.И. Сикорского №1 в знак признания «выдающегося достижения в развитии вертолетостроительного искусства». Через два года экипаж летчика Б.К. Галицкого добился еще лучшего результата – Ми-6 прошел 100-километровую дистанцию со скоростью 340 км/ч. Всего на этой машине было установлено 16 мировых рекордов.
В феврале 1958 года завод №329 закончил сборку второго летного образца Ми-6. В отличие от предшественника, он был оснащен полностью в соответствии с первоначальным проектом, т.е. имел двухпозиционное управляемое крыло, систему внешней подвески, автопилот АП-31 и т.д. Консоли крыла кессонной конструкции общей площадью 35 м