На вернувшемся из Франции опытном самолете продолжили ГСИ. К концу лета его подготовили к испытаниям на больших углах атаки: оснастили противоштопорным парашютом, усилили фюзеляж, а вместо носового обтекателя установили длинную штангу с датчиками углов атаки и скольжения. Провели другие доработки, в частности, для покидания машины в критической ситуации на борту разместили систему подтяга членов экипажа к входной двери. Полеты прошли на аэродроме ЛИИ Раменское (г. Жуковский). Пилотировали самолет В.И. Терский и В.В. Усенко. Этот ответственный этап включал 22 полета, в т.ч. с одним выключенным двигателем. Прошел он успешно, и под завершение самолет облетал летчик ЛИИ П.Н. Богданов.
В целом этап «А» Госиспытаний завершили 15 ноября, выполнив за время его проведения 247 полетов общей продолжительностью 232 ч 23 мин. По его итогам подписали предварительное заключение, содержавшее рекомендацию к серийному производству самолета с учетом устранения отмеченных недостатков.
Перед началом этапа «Б» машины №№ 004 и 003 доработали, устранив около 40 замечаний, высказанных специалистами ГК НИИ ВВС. Затем оба самолета перелетели на подмосковный аэродром Чкаловская, где находилось занимавшееся транспортной авиацией 4-е управление ГК НИИ ВВС. Полеты по программе этапа «Б» начались 14 марта 1980 г. Их выполняли экипажи военных испытателей, в которые входили летчики п-к И.П. Бельский, а также уже упоминавшиеся В.В. Усенко и Ю.П. Ресницкий. Кроме того, самолет облетал начальник 4-го управления ГК НИИ ВВС генерал-майор Г.Ф. Бутенко. Инженерную бригаду возглавлял подп-к И.П. Потихенченко. Для обеспечения испытаний в Чкаловской постоянно находилась бригада И.Д. Бабенко, включавшая 48 специалистов КМЗ. С 1 июля к ГСИ подключили еще один построенный на КиАПО Ан-72 (сер. № 005, борт СССР-19795). Его основным предназначением стало исследование возможностей десантно-транспортного оборудования, элементы которого предварительно прошли отработку на летающей лаборатории Ан-12 (сер. № 25-02). Опрыгивание «семьдесят второго» в целом прошло успешно, но показало, что во время покидания самолета через хвостовой люк с принудительным раскрытием основного купола вытяжной парашют проходит в опасной близости от одной из открытых задних створок. В дальнейшем две створки заменили одной, сдвигающейся назад. На самолет № 005 наконец-то поставили НВС «Тополь», что позволило закрыть пункты программы, связанные с этой системой.
Всего на этапе «Б» выполнили 105 полетов общей продолжительностью 135 ч 24 мин. В целом испытатели ГК НИИ ВВС высоко оценили новый антоновский самолет. Машина обладала впечатляющей маневренностью, прекрасными ВПХ, могла энергично набирать высоту и заходить на посадку по крутой глиссаде. При загрузке 5 т дальность полета составила около 1000 км, то есть больше предусмотренной заданием. Старшее поколение военных летчиков весьма скептично отнеслось к выполнению вторым пилотом штурманской работы. Однако их более молодые коллеги, не робевшие перед электроникой, не видели проблем в освоении навигационной системы и собственным примером доказали безосновательность такого пессимизма. 5 ноября 1980 г. был подписан Акт по итогам этапа «Б» Госиспытаний, который содержал положительное заключение и рекомендацию к принятию Ан-72 на вооружение. К нему прилагался «перечень № 1», то есть список недостатков, непосредственно влиявших на безопасность полетов и требовавших устранения в первую очередь. В нем нашли отражение всего 5 вопросов, касавшихся работы демпфера рысканья, ПВД, траектории полета с одним неработающим двигателем и др.
Кроме вышеуказанных самолетов, на КиАПО построили экземпляры №№ 001 и 002, предназначенные для статических и ресурсных испытаний, а также еще один летный № 006. Однако на этом выпуск «семьдесят второй» в Киеве свернули. Дело в том, что еще в октябре 1975 г. МГА выдало техзадание на самолет для Арктики и Антарктики с дальностью полета до 4500 км. Поручение на его разработку КМЗ получил по решению комиссии Президиума Совмина СССР N9 160 от 30 июня 1977 г. Работы над машиной, которой присвоили обозначение Ан-74, начались, но в течение нескольких лет оставались на предварительной стадии. Руководил ими также П.В. Балабуев. «Ему-то и принадлежит решение создать единую базовую конструкцию самолета для военных и гражданских целей», – вспоминает тогдашний начальник отдела аэродинамики антоновской фирмы А.П. Леоненко. Эта новость застала врасплох даже ведущего по «семьдесят второй» Я.Г. Орлова, который хорошо знал П.В. Балабуева еще со студенческих лет и был с ним на «ты». «На совещании по итогам успешного окончания Госиспытаний Ан-72, – продолжает А.П. Леоненко, – Петр Васильевич неожиданно заявил: «Такую машину в серию запускать не будем, у нас есть еще одна задача – арктический самолет с дальностью 4500 км». Ошарашенный Я. Г. Орлов схватился за голову и воскликнул: «Петр, что ты делаешь! У нас есть все для запуска в серию!… Какая дальность, это же самолет КВП?!» Однако П.В. Балабуев с присущей ему твердостью продолжил: «Я пообещал министру, что мы сделаем единый самолет».