К осени 1954 года самолет уже стоял в собранном виде на аэродроме. Ее испытаниями руководил ведущий инженер M. M. Егоров. Ускорению предполетной подготовки способствовали проведенные ранее испытания и доводка отдельных агрегатов и систем на стендах.

В процессе создания самолета А. Н. Туполев назначил для его обслуживания летно-технический состав. В его задачу входило изучение машины во время конструирования и строительства. Летчиком-испытателем стал Герой Советского Союза Д. В. Зюзин, а штурманом-испытателем — К. И. Малхасян. Первые рулежки и пробежки были проведены осенью 1954 года и показали хорошие результаты. Этап заводских испытаний был завершен к весне 1955 года.

Приняв появившиеся замечания военных к исполнению, в ОКБ приступили к выпуску чертежей для серии. Была предусмотрена разбивка конструкции на раздельно изготавливаемые агрегаты, что значительно сокращало трудоемкость производства за счет применения горячей штамповки и литых крупногабаритных деталей. На опытном заводе началась сборка планера-дублера уже с учетом технологии массового производства и особенностей конкретного серийного завода. Одновременно совместно с представителями ВМФ в ОКБ рассматривался вариант базового противолодочного самолета, задумывался самолет-постановщик радиоэлектронных помех…

После заводских испытаний самолет предъявили на государственные. Они прошли в одном из подразделений НИИ ВВС с небольшим количеством мелких замечаний. Машину испытывали военные летчики-испытатели: подполковник Алексеев и майор Сизев. Была подтверждена возможность использования «91» с грунтовых аэродромов. После окончания испытаний непосредственные исполнители, заказчики и испытатели подписали акт, в котором рекомендовалось начать серийное производство машины.

Этот удивительный по своим потенциальным боевым возможностям самолет отличался неказистым внешним видом. Удар по самолету нанесли с самого верха. На очередном показе авиационной техники руководству импульсивный Н. С. Хрущев остановился перед «91-й» машиной с брезгливым лицом, и офицер, представлявший машину, смутившись, оговорился в перечислении характеристик. Вместо того чтобы сказать, что «штурмовой удар самолетного вооружения эквивалентен залпу крейсера из восьми тяжелых орудий», он доложил, что «самолет заменяет тяжелый крейсер». Хрущев моментально отреагировал вполне логичным замечанием: «Зачем нам тогда крейсера?» А затем сам же и добавил, что все рассказанное о самолете — чушь. И дал машине, имевшей скромный внешний вид, ряд нелестных эпитетов. Акт о результатах госиспытаний тут же застрял в «верхах».

В июне 1956 года машина «91» вместе с опытными самолетами Ил-54 и сверхзвуковым «98» были показаны американской авиационной делегации во главе с генералом Н. Твайнингом. После этой демонстрации «Бычок» получил от НАТО кодовое обозначение «Boot» — «Башмак».

Испытания продолжались. Оставалась надежда, что при новом осмотре все встанет на свои места. Но, проходя мимо опытной машины, Хрущев лишь хмуро заметил: «Он все еще здесь?»

Происходило это в конце 1950-х годов, когда шло сокращение армии и флота, свертывались авиационные программы. Как мрачно шутили в авиационных кругах, началась эра ракетной психопатии. В такой обстановке командование ВМФ и руководство Министерства авиационной промышленности не нашли в себе мужества, чтобы отстоять «91-ю» машину. Все попытки Туполева и его сотрудников, полюбивших скромный самолет, ясно отдававших себе отчет в его исключительных боевых качествах и относительно невысокой стоимости, ввиду предполагаемого использования серийного двигателя ТВ-2М, несколько раз пытавшихся провести его на вооружение, окончились неудачей.

Часто наделявший крылатые машины субъективными, почти человеческими характеристиками, Андрей Николаевич считал удачно сконструированного, во многом оригинального, технологичного и недорогого «Бычка» очевидно несчастливой машиной и откровенно сожалел о его несложившейся судьбе.

В начале 1950-х годов, с появлением ядерного оружия, обострившаяся международная политическая обстановка требовала скорейшего усиления стратегической составляющей советской военной авиации.

Сталину очень понравился самолет Ту-16, и, вызвав однажды Туполева, он предложил ему сделать «большой Ту-16, решив задачу стратегического бомбардировщика». Туполев, давно обдумывавший этот вопрос, возразил, что с турбореактивными АМ-3 «стратегический» не получается. Сталин, взяв в руки и раскрыв тонкую папку, где находилось предложение Мясищева, с оттенком упрека произнес: «А есть люди, которые берутся за это дело».

Андрей Николаевич расценил этот разговор как предложение форсировать поиски «дальнего» двигателя. Здесь Туполев был сторонником более экономичного турбовинтового двигателя. Он хорошо знал вихревую теорию воздушного винта, созданную Жуковским при его участии, высоко ценил главного конструктора двигателей Н. Д. Кузнецова и К. И. Жданова — директора «Винтового КБ» в Ступине (ныне ОАО «Аэросила»), надеялся на конкретную помощь ЦАГИ, где эту работу возглавил будущий академик Г. П. Свищёв. Дело в том, что при скоростях полета свыше 700 км/ч, когда лопасти винтов развивали сверхзвуковую скорость, наступал «винтовой кризис» и КПД воздушного винта катастрофически падал. Благодаря целенаправленной серии научно-исследовательских работ «кризис» отступил.

Еще не решив названную задачу, но уверенный в правильности избранного курса, 2 апреля 1951 года А. Н. Туполев направил Сталину официальное письмо, где сформулировал свое видение новой машины и ее двигателей. Письмо было согласовано с ближайшими помощниками: А. А. Архангельским, H. И. Базенковым, С. M. Егером, Д. С. Марковым, Г. А. Озеровым, А. М. Черемухиным. В значительной мере эта записка затрагивала глубинные проблемы авиации, ее инженерно-философские аспекты, обобществляла выводы серьезных научных работ и для понимания своей сути требовала безусловной подготовки:

«Со времени постановки вопроса о создании тяжелого скоростного дальнего бомбардировщика наше Конструкторское бюро непрерывно вело исследования в этой области…

Наибольшей трудностью в решении задачи… является необходимость сочетания одновременно большой скорости и большой дальности полета. Поэтому первым этапом нашей работы было выяснение вопроса о том, какие вообще максимальные скорости полета могут быть получены в настоящее время для тяжелого самолета со стреловидным крылом, независимо от мощности устанавливаемых двигателей.

Оказалось, на основе имеющегося опыта и больших исследований ЦАГИ, что при современном состоянии аэродинамики надежно можно получить следующие максимальные скорости: 950–960 км/час на высоте 8000 метров и 885–900 км/час на высоте 12000 метров (Примечание: скорости на меньших высотах можно получить и больше, но тактически они не представляют интереса).

…Мы проработали решение задачи с использованием реактивных двигателей.

Расчеты, проведенные в нашем Конструкторском бюро и в Конструкторском бюро т. Кузнецова, занимающегося турбовинтовыми двигателями, показали, что для дальнего четырехмоторного бомбардировщика необходимо использовать турбовинтовые двигатели мощностью 12000 э.л.с. каждый.

Главный конструктор т. Кузнецов предлагает изготовить турбовинтовой двигатель мощностью 12000 э.л.с. со сроком выпуска его для установки на самолет в первом квартале 1953 г.

Мы считаем, что тяжелый скоростной дальний бомбардировщик необходимо разрабатывать именно под эти двигатели. Такой вариант должен быть основным при запуске самолета в серию.

Однако для того, чтобы выиграть время, мы считаем целесообразным сначала использовать существующие двигатели и первые самолеты выпустить с 4 спаренными турбовинтовыми двигателями. Для спаривания используются двигатели ТВ-2, у которых т. Кузнецов повышает высотность и экономичность. Два таких двигателя объединяются редуктором в один агрегат и работают на общий воздушный винт, развивая суммарную мощность 12000 э.л.с. Спаренные двигатели могут быть сделаны главным конструктором Кузнецовым к середине будущего года.