После всех произведенных усовершенствований самолет отправился в контрольный полет. Спустя 3 часа Стефановский приземлился, зарулил на стоянку и потребовал, чтобы Незваль ставил шампанское. Оказалось, что на высоте 8600 м самолет удалось разогнать до 430 км/ч. Максимальная высота полета составила 11000 м. О результатах немедленно сообщили начальнику НИИ ВВС А.И. Филину, который уже на следующий день прилетел в Евпаторию. Здесь он придирчиво осмотрел полученные данные испытаний и даже лично выполнил один контрольный полет, чтобы удостовериться в очевидном успехе. Возвратившись в Москву, Филин доложил о полученных результатах командованию ВВС.
Чуть позже подготовили отчет по результатам проведенных испытаний, в котором самолет фигурировал уже с военным обозначением как тяжелый бомбардировщик ТБ-7 АМ-34ФРНБ М100. В заключительном разделе этого документа значилось:
а) самолет обладает потолком большим, чем потолок современных скоростных истребителей;
б) скорости самолета на высотах 7000-8000 м равны скоростям современных скоростных истребителей;
в) имеет хороший взлет с полетным весом 30000 кг, длина разбега 700 м;
г) обеспечивает дальность полета без использования центрального наддува с 2000 кг бомб – 3000 км;
д) непосредственная связь основного экипажа между собой и обогрев кабин обеспечивают длительное пребывание на высотах 8000-10000 м;
е) высокая маневренность самолета на высотах 8000-10000 м обеспечивает прицельное бомбометание с этих высот и хорошую защиту маневром от огня зенитной артиллерии.
Все эти качества делают самолет практически неуязвимым для современных средств нападения.
НИИ ВВС настаивает на немедленном внедрении в массовую серийную постройку в 1938 году самолета ТБ-7 и принятии его на вооружение ВВС РККА.
Заключение НИИ ВВС выглядело подчеркнуто пафосным и восторженным. Новый бомбовоз был действительно хорош, и его следовало поскорее запускать в серийное производство. Образцом для этого должен был стать строившийся на авиазаводе N° 156 второй опытный экземпляр, так называемый «дублер».
В апреле 1939 г. на первый опытный АНТ-42 установили в качестве АЦН более мощный двигатель М-103. С ним надеялись получить и более высокие летные характеристики. После нескольких полетов машину подготовили к пролету над Красной площадью во время традиционного празднования 1 Мая, надеясь произвести эффект на руководителей государства, прежде всего, на Сталина. В праздничный день самолет с экипажем из 9 человек, пилотируемый летчиками НИИ ВВС Нюхтиковым и Кабановым, весьма внушительно проревел над трибуной Мавзолея. Но реакция советских лидеров оказалась сдержанной, и этот показ на судьбе бомбардировщика никак не отразился.
