Самолет почти две недели простоял на земле. Потом решили еще раз слетать для уточнения характеристик устойчивости, но обнаружили разрыв главного тормозного цилиндра. 22 июля Громов опять поднялся в воздух. Появилась гипотеза, что имеет место перекомпенсация руля направления. При одном из последующих полетов, 5 августа, с тандемной установки сорвало задний капот, который ударом расколол винт.

Самолет поставили на ремонт. Воспользовавшись паузой, переделали оперение. Изменили угол установки стабилизатора, подрезали руль направления. Это действительно улучшило путевую устойчивость. В то же время на самолете поставили новые винты: это благотворно сказалось на максимальной скорости.

В сентябре 1933 г. ТБ-4 передали в НИИ ВВС на государственные испытания. Там на нем летал экипаж П.М. Стефановского. Стефановский позднее писал в своих мемуарах о новом самолете: «Он просто потрясал!».

23 сентября машину приняли у ЦАГИ, затем неделя ушла на устранение мелких дефектов, и с 29 сентября начались испытательные полеты. Результаты их выглядели неоднозначно.

С одной стороны, в отчете НИИ было записано: «Выпуск самолета ТБ4-6М34 с полетным весом 33 тонны является, несомненно, крупнейшим достижением Советского самолетостроения». С другой, на акте утверждения отчета начальник ВВС Я.И. Алкснис начертал резолюцию: «Констатирую, что в предъявленном виде самолет ТБ4-6М34 государственных испытаний не выдержал и к серийной постройке не может быть допущен». Причиной столь резкой реакции начальника ВВС РККА стал ряд существенных недостатков, выявленных в НИИ ВВС.

Пилотирование гиганта оказалось не столь простым, как уверял Стефановского Громов. В отчете записано: «Взлет и посадка вследствие недостаточной мощности рулей высоты сложны и требуют согласованной работы обязательно двух летчиков. Самолет трудно отрывается от земли, имея разбег около 800 метров». Дело в том, что управление электроприводом стабилизатора поставили только у второго пилота. Командир действовал штурвалом, а второй пилот по его командам включал и выключал электромотор. При этом кнопки он искал на ощупь, держа штурвал одной рукой. Учитывая, что нагрузки на штурвале были очень велики, и его запросто могло вырвать, испытатели и пришли к такому разделению труда — один держит штурвал, а второй включает и выключает.

ТБ-4 на государственных испытаниях, сентябрь 1934 г.

На взлете приходилось дважды включать электромеханизм перестановки стабилизатора. При этом подъемник работал ненадежно. Один раз его отказ чуть не привел к катастрофе. Электромотор после взлета не выключился и продолжал выворачивать стабилизатор. Бомбардировщик задрал нос и начал быстро терять скорость. Вот тут выявился еще один существенный конструктивный недостаток — отсутствие связи пилотов со старшим бортгехником. На его месте в этом полете сидел инженер Л.И. Шевердинский. Наконец, Стефановскому удалось привлечь его внимание резким изменением оборотов одного из двигателей. Проблему решили обыкновенные кусачки — Шевердинский перерезал провод к электромотору. Сели без перестановки стабилизатора, используя многочисленный экипаж как живой балласт для изменения центровки. Летать, постоянно ожидая отказа управления, было просто страшновато.

Были и другие неприятности. Выявилась тряска хвостового оперения. «При пробе плоскостных моторов на земле наблюдается боковое раскачивание хвостового оперения. При пробе тандемных моторов раскачивание оперения достигает больших размеров, вызывая опасение за сохранение прочности...». В полете незначительные вибрации проявлялись на всех режимах полета, усиливаясь при скоростях меньше 170 км/ч. Если летчики давали полный газ верхним моторам, начинал вдобавок раскачиваться руль направления. Но это были еще цветочки...

На стадии проверки возможности пилотирования самолета на пяти и даже четырех моторах, стало еще хуже. Когда выключали один двигатель, в сущности, ничего не менялось. На высоте 1000 м бомбардировщик продолжал лететь горизонтально, нагрузки для пилотов оставались в приемлемых пределах. Когда выключали два — самолет терял высоту. Более того, если убирали газ двум моторам с одной стороны, хвостовую часть начинало дергать. Тряска была столь сильной, что серьезно обеспокоила испытателей. Из ЦАГИ прибыл В.М. Петляков, руководивший у Туполева бригадой тяжелых самолетов. Его засунули в кабину кормового стрелка и дали в руки веревку. Если Петляков сочтет, что тряска опасна, он должен был дернуть веревку, второй конец которой привязали к ноге Стефановского. Когда хвост стало трясти, Петляков перепугался и рванул веревку так, что она оборвалась. В итоге специалистам ЦАГИ пришлось признать, что жесткость хвостовой части самолета явно недостаточна.

Множество неприятностей доставила верхняя мотоустановка. Начнем с того, что электронасос, который должен был подавать бензин из баков в крыле наверх, не работал. Два механика, постоянно меняясь, весь полет орудовали большим ручным насосом. Мощная струя воздуха от тандемной установки делала невозможным даже пребывание в огневой точке на фюзеляже. «Поток от винтов не позволяет даже стоять в верхней турели», — написали в отчете. Обслуживание мотоустановки на высоте около 9 м признали «чрезвычайно затруднительным», «неудобным и небезопасным». Туда надо было поднимать воду и масло для двигателей. Это было просто акробатическим трюком. На испытаниях летали в сентябре, было еще сравнительно тепло. А зимой пришлось бы поднимать наверх горячую воду, причем в сильный мороз ее проливали через двигатель раза три- четыре, пока он не придет в норму по температуре. И масло тоже заправляли в мотор горячим.

Большую проблему создавал ремонт водяного радиатора, общего для двух моторов. Снять его можно было только большим подъемным краном, поскольку вес достигал 200 кг. Спешка, в которой проектировали верхнюю установку, выразилась, например, в том, что у нее не было откидных мостиков для обслуживания, как на крыльях. Вопреки техническому заданию, доступа к этим моторам в полете не имелось.

Пилотская кабина находилась в плоскости вращения винтов, и в ней было очень шумно. После часа полета у летчиков, даже одетых в наушники, наступала временная глухота. Металлическая крыша над проходом ухудшала обзор. Один пилот мог смотреть только вправо, другой — только влево. Выполняя повороты при маневрировании на земле, летчики то и дело передавали друг другу управление.

Тормоза работали своеобразно. Они включались с задержкой в пять — десять секунд и с таким же опозданием выключались.

Вдобавок выявился целый букет заводских недоделок и брака. Два бензобака текли. Водяные и водо-масляные радиаторы текли тоже, да так, что их посчитали «совершенно ненадежными». Выхлопные коллекторы моторов трескались.