Самолеты установочной партии, участвовавшие в Госиспытаниях. Вверху: Т10К-6 заходит на посадку. Внизу: Т10К-4 на палубе крейсера «Адмирал Кузнецов»
25 мая 1990 г. ТАКР «Тбилиси» вышел на заводские ходовые испытания (ЗХИ), с которыми было решено совместить продолжение ЛКИ истребителя Су-27К На корабле находились уже три Су-27К второй опытный и два первых серийных. Две новые машины предназначались, в первую очередь, для испытаний комплекса бортового радиоэлектронного оборудования и системы вооружения. Ставший уже «корифеем» палубной авиации В.Г.Пугачев принимал участие в этой работе, но основную часть полетов выполнили молодые летчики ОКБ Сухого С.Н.Мельников и В.Ю.Аверьянов. Летали также военные испытатели п-ки Ю.А.Семкин, В.Н.Кондауров, В.А.Россошанский и др.
Кроме Су-27К, в ЗХИ принимали участие Су-25УТГ, вертолет радиолокационного дозора Ка-252РЛД (Ка-31) и первый опытный экземпляр МиГ-29К Однако судьба «МиГа» к тому времени была уже фактически предрешена: еще в 1989 г. стало понятно, что основным истребителем авиагруппы ТАКР «Тбилиси» станет Су-27К ОКБ Сухого широким фронтом вело его испытания, а в Комсомольске-на- Амуре были заложены самолеты установочной партии, в то время как второй опытный МиГ-29К все еще находился в постройке. Этот самолет попал на корабль только в августе 1991 г., и до ухода крейсера на Север на нем смогли сделать буквально несколько полетов. Сделавшая ставку на применение новой системы управления вооружением, новых средств поражения класса «воздух-воздух» и «воздух-поверхность», новых двигателей, новой системы управления самолетом и даже новой технологии изготовления планера, фирма «МиГ» в сложившихся обстоятельствах не выдержала конкуренции с ОКБ Сухого, пошедшего по пути значительно менее радикальной модификации базового истребителя. Немаловажным оказалось и мнение военных летчиков-испытателей, отметивших, что Су-27К при заходе на посадку сохраняет достаточную управляемость при несколько меньшей скорости, чем МиГ-29К В результате, идеи, заложенные в проект МиГ-29К и выгодно отличавшие его от Су-27К, так и не были реализованы в то время.
Интенсивность полетов Су-27К во время ЗХИ была очень высокой. В том числе опробовались вопросы боевого применения. Так, взлетавшие с палубы «Тбилиси» истребители при информационной поддержке от самолета РЛДН А-50 отрабатывали перехват воздушной цели, роль которой выполнял МиГ-25ПД Отрабатывались также перехваты крылатых ракет, которые имитировали МиГ-21УМ. Случались на испытаниях и острые ситуации. При одной из посадок Аверьянова на самолете произошел отказ демпфера посадочного гака, который при ударе о палубу отскочил от нее, не зацепившись ни за один из тросов аэрофинишера. Мгновенная реакция и мастерство летчика позволили ему успешно взлететь с угловой палубы. Во время проведения специальной работы по оценке возможности попадания выхлопных газов во входные устройства Су-27К снова произошло частичное разрушение газоотбойного щита на третьей стартовой позиции корабля. ЗХИ завершились 29 сентября, и в целом авиационная техника и сам корабль зарекомендовали себя как весьма надежные.
ЛКИ самолета Су-27К были официально завершены 28 декабря 1990 г. Полеты проводились не только с корабля, но и на аэродромах ЛИИ (г. Жуковский), ГК ННИ ВВС (г. Ахтубинск) и его Крымского филиала (Кировское и Саки). В ходе испытаний были определены основные технические, эксплуатационные, летно-тактические и боевые характеристики Су-27К и установлено их соответствие основным требованиям ВВС и тактико-техническому заданию на самолет.
В конце сентября 1990 г. «Тбилиси» вернулся на завод для проведения ревизии механизмов, окончательной отделки и окраски помещений. 4 октября он в третий раз сменил название. В память о выдающемся советском флотоводце и инициаторе создания отечественного авианесущего флота он стал именоваться «Адмирал Флота Советского Союза Кузнецов». 25 декабря корабль был официально принят в состав ВМФ, а 20 января 1991 г. на нем торжественно подняли Военно-морской флаг.