После непродолжительного этапа заводских испытаний Ан-8 передали в ГК НИИ ВВС. Зиму и весну 1956-57 годов самолет находился в Чкаловской. Один из полетов, связанный с определением характеристик боковой устойчивости, едва не окончился трагически. По заданию, на высоте 4000 м требовалось отклонить руль направления на максимальный угол. Делалось это постепенно, ступенчато, по 5' в каждом режиме. В какой-то момент, еще не дойдя до крайнего положения, руль самопроизвольно "ушел" на максимальный угол. Попытки обоих летчиков сдвинуть педали не давали результата. Бортинженер начал искать ремень, чтобы привязать его к одной из ушедших вперед педалей и потянуть, помогая летчикам. Самолет снижался по спирали с большим креном. На высоте около 500 м кто-то из летчиков сообразил, что можно помочь двигателями — один убрали на малый газ, а другому дали взлетный. Разворачивающий момент от асимметричной тяги помог рулю направления выйти из этого очень опасного положения. Было очевидно, что проблемы возникли из-за перекомпенсации руля. Этот конструктивный дефект требовалось срочно "лечить".
В целом военные испытатели отметили много дефектов, как конструктивных, так и производственных, а основным источником претензий стали двигатели. Как вспоминает ведущий инженер по испытаниям силовых установок Л.Н. Мотренко, входивший в то время в состав антоновской испытательной бригады Ан-8, "ТВ-2Т отличался неудовлетворительными помпажными характеристиками на крейсерских высотах 5-6 тысяч м, низкой надежностью и малым ресурсом". В то время Н.Д. Кузнецов уже был занят созданием более мощного турбовинтового двигателя для стратегического бомбардировщика А.Н. Туполева, и ТВ-2Т передали для доводки находившемуся в Запорожье ОКБ-478, которое возглавлял А.Г. Ивченко. Доводить чужое изделие — очень сложная и неблагодарная задача. Неудивительно, что А.Г. Ивченко вместо этого предложил поднять мощность своего двигателя АИ-20 с 4000 до 5500 л.с. В результате появился вариант АИ-20Д, который успешно прошел испытания на летающей лаборатории и получил "прописку" на Ан-8. Правда, заявленной мощности достичь не удалось и пришлось довольствоваться 5180 л.с., что неизбежно привело к снижению максимального взлетного веса Ан-8.
В начале лета 1957 г. самолет возвратился в Киев и был поставлен в цех опытного производства для замены двигателей и устранения замечаний военных. В ходе доработок заменили вертикальное оперение: сделали аналогичные Ан-10 киль и руль, а площадь форкиля увеличили. В результате улучшили путевую устойчивость и устранили перекомпенсацию. Первый вылет Ан-8 с двигателями АИ-20Д состоялся 30 октября 1957 г. Командиром снова пригласили Я.И. Верникова. Накануне ведущим инженером по летным испытаниям стал Р.С. Король, заменивший Е.К. Сенчука, который был назначен заместителем главного конструктора. Завершив заводские испытания, в начале лета 1958 г. самолет вторично передали на Госиспытания в ГК НИИ ВВС. На сей раз они прошли успешно, и Ан-8 получил официальную рекомендацию к серийному производству. Однако такие испытания ни один самолет без замечаний не проходил, вот и в Заключении Акта по Ан-8 было указано, какие недостатки подлежат устранению до начала эксплуатации в строевых частях ВТА и какие дополнительные испытания следует еще провести.
