СБ-2РЦ закончили лишь в сентябре 1934 г. Опытная машина несколько отличалась от первоначальных наметок эскизного проекта. Она стала длиннее и выше, несколько возросли площади крыла и оперения, емкость бензобаков. Самолет оснастили моторами Райт R-1820-F3 (у нас их называли РЦФ-3) по 700 л.с. и трехлопастными металлическими винтами фиксированного шага (диаметром 3,51 м).
1 октября АНТ-40 вывели на аэродром, а 7 октября он впервые поднялся в воздух. Начались заводские испытания, проводившиеся Отделом экспериментально-летных испытаний и доводки (ОЭЛИД) ЦАГИ. Летал на бомбардировщике К.К. Попов. Скорость достигала 325 км/ч, но устойчивость и управляемость машины желали много лучшего. Недостаточная продольная устойчивость приводила к тому, что самолет самопроизвольно то задирал нос, то опускал его. Эта ситуация усугублялась высокой чувствительностью рулей высоты и малыми нагрузками на штурвал. Небольшого движения пилота было достаточно, чтобы АНТ-40 ушел от горизонтального положения. Для борьбы с этим последовательно увеличили площадь стабилизатора и поменяли угол его установки, уменьшили площадь рулей высоты, ввели в систему управления резиновые шнуры, возвращавшие штурвал в нейтральное положение. Но эффект от всего этого оказался невелик.
В то же время на работу элеронов самолет реагировал вяло. Элероны расширили, приклепав к ним полосу. Это несколько увеличило их эффективность.
31 октября 1934 г. АНТ-40 потерпел аварию на посадке. Самолет вернули на ЗОК для ремонта. Ремонт шел до февраля 1935 г. С 5 февраля начались повторные заводские испытания СБ-2РЦ. К этому времени машина уже получила штатное стрелковое и бомбовое вооружение (первый этап испытаний проводился без него). За счет этого, а также некоторых внесенных в конструкцию изменений, полетный вес возрос более чем на тонну.
Заводские испытания шли до сентября 1935 г. Они включали также опробование вооружения на Ногинском полигоне. При этом кроме заводских пилотов, к полетам привлекались и летчики НИИ ВВС. 13 июля при отстреле пулеметов на полигоне неожиданно упало давление в бензосистеме. Пилот В.А. Степанчонок совершил вынужденную посадку у деревни Горки в 2 км от аэродрома. Ни самолет, ни экипаж не пострадали.
С 25 сентября испытаниям придали статус совместных. У самолета появились два экипажа. От ЦАГИ машину пилотировал Корзинщиков, от НИИ ВВС — Степанчонок. Испытания сначала шли на базе ОЭЛИД, а затем их перевели на аэродром НИИ. Данные СБ-2РЦ, замеренные на последнем, оказались примерно теми же, что ранее определили в ЦАГИ, и в целом были близки к параметрам технического задания и эскизного проекта. Так, практический потолок составлял 6800 м. Но интерес к варианту с «Циклонами» к этому времени уже упал, поскольку успешно летал самолет с моторами «Испано-Сюиза», имевший существенно более высокие показатели.
