Первый полет новейшей боевой машины Ту-12 состоялся 27 июля 1947 года и продолжался 18 минут. После окончания Второй мировой войны в мире начался переход боевой авиации на реактивную тягу. ОКБ Туполева вело разработку бомбардировщиков с реактивными двигателями. Главным перспективного конструктором проекта был Туполев Андрей Николаевич.

Испытания продолжались до 10 сентября 1947 года года и шли круглосуточно под руководством главного конструктора. Днем проводились полеты, ночью - доработки конструкции. Самолет принял участие в параде в Тушино 3 августа.

В результате испытаний заявленные летные характеристики подтвердились. Самолет получил положительные оценки летчиков и техников. Окончательный вариант бомбардировщика сильно отличался от эскизного проекта. Часть оборудования не была готова к началу испытаний и самолет испытывался на аналогичном старом оборудовании или вообще без него.

С 4 октября 1947 года по 27 февраля 1948 года проходил следующий этап испытаний. Максимальная скорость Ту-12 превышала на 250 км/ч по сравнению с Ту-2, потолок возрос на 2 100 метров, при этом время на его достижение уменьшилось на 5,8 минуты. Максимальная дальность полета составила 2 200 километров. При этом посадочная скорость не изменилась, длина разбега увеличилась вдвое, а пробега - на 385 метров. Из-за ухудшения посадочных характеристик было рекомендовано установить реактивные ускорители и тормозной парашют.

Самолет оказался устойчив в продольном направлении на всех режимах полета за исключением набора высоты. При максимальной тяге ухудшалась поперечная устойчивость и начиналась тряска оперения из-за попадания килей в зону выхлопных струй. Возросли необходимые усилия на элеронах и рулях поворота. Тем не менее, пилотировать Ту-12 было не сложнее чем Ту-2 и им могли управлять летчики средней квалификации.

Эффективность использования снижалась из-за отсутствия гермокабин с обогревом и вентиляцией, отсутствия антиобледенительных устройств крыла, хвостового оперения и стекол кабин. Государственной комиссией также были отмечены недостаточная эргономичность рабочих мест, малый ресурс покрышек и низкая эффективность тормозов. Каждый бак самолета приходилось заправлять отдельно. Выросшие скоростные напоры исключали возможность использования пулеметных установок.

Кроме того, калибр пулеметов оказался недостаточным и поэтому сочли целесообразным перейти на установку пушек калибром не менее 20 мм. При стрельбе из передней пушки разрушалось остекление и выходило из строя оборудование в кабине штурмана. Бомбардировочное оборудование исключало подвеску перспективных типов бомб. Различные системы навигационного и связного оборудования создавали взаимные помехи.

Госкомиссия отметила, что, хотя самолет отвечает предъявляемым к нему тактико-техническим требованиям, выявленные конструктивные недостатки делают его серийное производство нецелесообразным. По этой причине находящиеся в постройке пять экземпляров самолета было рекомендовано закончить и передать их для использования в качестве летающих лабораторий.