22 сентября 1961 года летчик-испытатель Г.В. Алферов осуществил на В-2 первое висение у земли и 15-минутный полет на малой скорости. В следующем месяце вертолет поступил на совместные государственные испытания.
Военные рассматривали В-2 прежде всего как транспортно-санитарный, ГВФ же нуждался в первую очередь в сельскохозяйственном вертолете. В таком варианте в конце 1961 года опытное производство завода №329 завершило сборку второго экземпляра. В феврале 1962 года сельскохозяйственный вариант В-2 также поступил на государственные испытания. Он предназначался для опрыскивания или опыления лесных и сельскохозяйственных угодий. Химикаты размещались в двух баках-бункерах по 400 л, расположенных снаружи по бортам фюзеляжа. Распыление химических средств производилось через длинные поперечные штанги с помощью специальных вентиляторов и насосов, установленных в нижней части баков. В дальнейшем в процессе модернизации вертолета совершенствованию подвергалось и сельскохозяйственное оборудование машины. В 1963-1965 гг. опытный сельскохозяйственный В-2 удачно прошел опробование на специальных работах в колхозе «Борец» Московской области, а затем с успехом демонстрировался на международных выставках «Химия» и «Современное сельскохозяйственное оборудование».
В 1965 году была построена морская модификация, названная В-2М, которая оснащалась аварийными посадочными баллонетами и предназначалась для эксплуатации на судах рыболовных и китобойных флотилий. Через два года один из опытных В-2 был переоборудован в вариант комфортабельного салона.
В ходе летных испытаний В-2 летчик- испытатель Б.Н. Анопов 14 мая 1963 года установил рекорд скорости полета для легких вертолетов, в дальнейшем улучшенный на аппарате того же типа спортсменкой Т.В. Русиян.
По сравнению с зарубежными вертолетами аналогичного класса, которые строились только однодвигательными, двухдвигательный В-2 обладал значительно большей безопасностью полета. Именно благодаря В-2 двухдвигательная схема стала применяться на легких винтокрылых машинах, и в 70-е гг. за рубежом также начали создавать аппараты подобного класса с двумя ГТД.
20 сентября 1963 года Государственная комиссия приняла решение рекомендовать В-2 к запуску в серийное производство под обозначением Ми-2 – его планировалось развернуть в Польше. Еще в сентябре 1962 года первый опытный экземпляр В-2 демонстрировался перед членами Советского правительства и представителями Польской Народной Республики. Тогда же обсуждался вопрос о внедрении его в серийное производство вместо Ми-1 (SM-1) на расположенном под г. Люблин вертолетном заводе WSK «Свидник» (Wytwomia Sprzetu Komunikacyjnego Swidnik).
