С 8 февраля в Щелково начались государственые испытания. Они велись как совместные. Параллельно с военными на бомбардировщике летал экипаж Журова из ОЭЛИД ЦАГИ. Скорость намеряли ниже, чем на заводских испытаниях — 351 км/ч. Дело в том, что самолет установили на неубиравшиеся в полете лыжи, изрядно ухудшавшие аэродинамику. Но и это было большим скачком вперед по сравнению с состоявшими на вооружении бомбардировщиками. Кроме К.П. Миндера в облете СБ-2ИС участвовали М.М. Громов, А.И. Филин и А.Б. Юмашев.
3 марта 1935 г. СБ-2ИС потерпел аварию. Проводился замер скорости на малых высотах. Вдруг появилась сильная вибрация крыльев. Миндер тут же выключил моторы и сделал «горку». После посадки обнаружили вздутие обшивки крыла. Впоследствии причину нашли — на самолете возник еще ранее не встречавшийся изгибно-крутильный флаттер. Его удалось победить, увеличив весовую компенсацию элеронов.
Самолет же месяц пробыл в ремонте. Прежде, чем вновь предъявить его на государственные испытания, в ЦАГИ решили сначала проверить, насколько эффективны переделанные элероны и возникнет ли вновь вибрация. Кроме того, в ходе ремонта внесли изменения в хвостовое оперение — увеличили площадь стабилизатора, заменили отгибаемую на земле пластинку-флеттнер на управляемый в полете триммер (попутно увеличив его размеры на 40 %) и повернули стабилизатор на -1 градус. Все это должно было улучшить устойчивость.
В результате серии полетов выяснили, что элероны стали работать эффективнее, вибрация пропала, устойчивость улучшилась, но незначительно. Зато возникла новая «болячка» — перегрев двигателей. Когда температура на земле подошла к 20 градусам тепла, нормально взлетать просто стало невозможно. На рулении моторы нагревались так, что самолет отстаивался у полосы и только потом взлетал. Попробовали поставить на одном двигателе увеличенный радиатор и сделать управляемые щели в верхней части капота. Охлаждение немного улучшилось, но щели вызвали интенсивное вихреобразование и тряску хвостового оперения. Практически до начала второго этапа государственных испытаний справиться с нагревом моторов не удалось.
СБ-2ИС вновь сдали НИИ ВВС 16 июня 1935 г. Летал опять экипаж Миндера. Самолет испытывался на колесах и зафиксированная максимальная скорость дошла до 404 км/ч на высоте 5000 м. Бомбардировщик показал хорошую скороподъемность, большой практический потолок. Но вместе с тем в отчете об испытаниях отметили недоведенность мотоустановки, недостаточную продольную и поперечную устойчивость, тенденцию накреняться при наборе скорости. Верхняя турель была установлена нежестко, давая большой разброс пуль при стрельбе. Обнаружились вибрации подмоторной рамы, передававшиеся конструкции планера. А различные неудобства эксплуатационного свойства составили длинный-предлинный список. Желание предельно ужать мидель машины привело к очень плотной компоновке агрегатов и затрудненности доступа ко многим из них.
