Для оснащения Бе-12 приняли турбовинтовые двигатели АИ-20Д, мощность которых довели до 5180 л.с. Двигатели решили разместить на крыле, в месте стыка центроплана с консолями. Расстояние от воды до воздушных винтов после проведения буксировочных испытаний моделей в гидроканале ЦАГИ решили сохранить, как у проверенного временем Бе-6, что определило выбор крыла типа «чайка».

Не без проблем «прописалась» на борту ВСУ АИ-8. Сначала ее установили в средней части фюзеляжа. Буквально перед началом работы макетной комиссии главный конструктор решил перенести этот, как он выразился, «источник пожара» в хвост. Это и было проделано за два дня под руководством ведущего инженера по макету А.П. Красильникова и ведущего по электрооборудованию А.Б. Бугрова.

Чтобы успеть к сроку, оба круглосуточно находились в цехе, отдыхая по очереди на верстаке. Работа была сделана вовремя, но в спешке первый потерял свою печать, а второй — пропуск на завод. В результате оба получили благодарность от Г.М. Бериева и выговор по линии службы режима!

На макете был решен и вопрос аварийного покидания самолета экипажем. Первоначально предполагалось, что катапультируемое сиденье будет установлено только у левого летчика, все остальные будут оставлять самолет через бортовой люк в хвостовой части лодки. Военного заказчика это не устраивало. В условиях, когда самолет разделен на многочисленные водонепроницаемые отсеки, экипажу очень трудно преодолеть сравнительно большое расстояние, тем более в аварийной ситуации.

Особенно сложно было пробираться в хвост штурману, поэтому решили дать ему возможность покинуть самолет через откидной люк в носовой части днища лодки. Подобная схема уже использовалась на Ил-28, Ту-16 и Ан-12 для спасения стрелка, но этим машинам не надо было находиться на воде.

Нарушать герметичность днища самолета-амфибии — дело опасное. Применив оригинальную схему герметизации аварийного люка, конструкторы успешно решили проблему. В итоге был принят следующий порядок покидания самолета: штурман аварийно покидает самолет через носовой люк, радист — через заднюю входную дверь, а оба летчика катапультируются.

В ходе работы макетной комиссии выяснилось, что на многие вопросы разработчики и заказчики имеют принципиально различные взгляды. Достичь взаимопонимания удалось лишь в марте 1958 г., после проведения дополнительных проработок и согласований. Собравшись во второй раз, стороны, возглавляемые генералами Г.М. Бериевым и А.В. Жатьковым (председатель макетной комиссии), пошли на компромисс и подписали соответствующий акт.

Самолет «Е» по схеме был близок Бе-6, но превосходил его по массе и размерам, став на тот период самым крупным самолетом-амфибией в мире. Дальность полета должна была достичь 3300 км, время поиска на рубеже 600 км от аэродрома взлета — 3 ч. Максимальную массу боевой нагрузки довели до 3 т, в ее состав включили глубинные бомбы, торпеды АТ-1 (АТ-1М), мины, радиогидроакустические буи РГБ-Н «Ива», РГБ-НМ «Чинара», РГБ-1. В зависимости от поставленной задачи состав боевой нагрузки мог варьироваться. В поисковом варианте самолет мог нести 90 буев, в ударном — три торпеды АТ-1, в поисково-ударном — 24 РГБ-НМ и одну торпеду.

Поисково-прицельная система самолета «Е» включала в себя радиогидроакустическую систему «Баку», авиационный поисковый магнитометр АПМ-60Е, радиолокационную станцию «Инициатива-2Б», автоматический навигационный прибор АНП-1В-1, прицельно-вычислительное устройство ПВУ-С «Сирень-2».

К середине 1959 г., преодолев множество различных технических и организационных проблем, ОКБ-49 передало чертежи турбовинтового самолета-амфибии опытному производству. Первый экземпляр помогал строить таганрогский авиационный завод № 86 (в то время его директором был С.М. Головин, главным инженером — А.Б. Катькалов), в цехах которого строился корпус лодки. Все остальные работы: изготовление крыла, оперения, мотогондол, монтаж агрегатов и общая сборка самолета — легли на плечи опытного производства ОКБ-49, возглавляемого главным инженером К.И. Паниным и начальником производства Н.К. Гавранеком.

30 июня 1960 г. первый опытный самолет-амфибия Бе-12 был закончен постройкой и передан на летно-испытательную станцию (ЛИС) для проведения заводских летных испытаний. После наземной отработки систем 18 октября 1960 г. состоялся первый полет. Машину поднял в воздух экипаж в составе командира корабля летчика-испытателя Г.И. Бурьянова, второго летчика-испытателя Н.И. Сапачева, штурмана В.М. Богача и радиста Г.В. Галяткина. Техником самолета назначили С.И. Кондратенко.

Во время испытаний проявились конструктивные дефекты, в том числе и достаточно серьезные. Из-за выявленной в полете низкой критической скорости флаттера крыла на консолях пришлось ставить противофлаттерные грузы. В декабре провели ряд мелких усовершенствований конструкции, а в мае 1961 г. пошли на первую значительную доработку лодки, изменив конструкцию первого редана. Это позволило значительно снизить продольные колебания, иногда возникавшие на скоростях глиссирования 60—120 км/ч.

Вскоре по решению правительства испытания пришлось приостановить и перегнать машину в Москву для участия в авиационном празднике в Тушино, который состоялся 9 июля 1961 г. Именно здесь широкая публика впервые увидела в полете новый противолодочный самолет, за которым прочно закрепилось название «Чайка». Не обошли Бе-12 своим вниманием и за рубежом. После тушинского показа самолет получил кодовое имя НАТО «Mail».

После возвращения Бе-12 в Таганрог испытания продолжились. С 19 июля 1961 г. начались совместные с комиссией заказчика государственные испытания. При взлетах с неспокойной водной поверхности выявилась значительная проблема. Лопасти винтов при попадании воды недопустимо повреждались — их концы деформировались и покрывались эрозией. В сентябре самолет вновь поставили на доработку. По обоим бортам в носовой части лодки, у скул, от 8-го до 15-го шпангоутов появились дополнительные брызгоотражатели шириной 200 мм.

Испытания подтвердили некоторую эффективность этой меры. Но для радикального решения вопроса с заливаемостью винтов требовалось увеличить расстояние между водной поверхностью и зоной, ометаемой винтами. Добиться этого можно было только перестановкой мотогондол на верхнюю часть крыла. Это проделали на втором опытном самолете.

После устранения выявленных дефектов испытательные полеты показали, что аэрогидродинамическая компоновка самолета, его устойчивость и управляемость отвечают необходимым требованиям. Это лишний раз подтвердилось в одном из полетов, завершившимся вынужденной посадкой на воду.

В тот день самолет летал по замкнутому маршруту Таганрог — Керчь — Таганрог. Измерялась дальность полета при высоте 100 м. Командиром корабля был летчик-испытатель П.П. Бобро, вторым летчиком — представитель НИИ ВВС майор Е.А. Климов. При очередном подлете к Таганрогу заглох правый двигатель — прекратилась подача топлива. П.П. Бобро немедленно запросил разрешение на посадку, затем спланировал, на высоте 12–15 метров выключил левый двигатель, а потом благополучно посадил машину.

Свои действия летчик объяснил так: «Я подумал, что при приводнении и увеличении угла атаки при этом остатке топлива может оголиться топливный карман в баке и винт войдет в авторотацию, а не во флюгер, что сильно осложнит саму посадку. Уж лучше садиться без помех от винтов».

П.П. Бобро очень хотелось добиться при испытаниях на дальность максимального результата, поэтому он, поддавшись соблазну, пренебрег указанием производить посадку непременно с наличием минимально необходимого остатка горючего. Хорошо еще, что все закончилось благополучно, но некоторые неожиданные выводы из случившегося сделали конструкторы.

Больше года первый опытный Бе-12 проходил летные испытания. Экипаж неплохо освоил машину, и постепенно очередной полет становился заурядным событием. Но 24 ноября 1961 г. во время испытательного полета над Азовским морем, вблизи г. Жданова (ныне Мариуполь), опытный самолет Бе-12 потерпел катастрофу и затонул.