Погрузив 21 сентября 2807 боевых и 136 учебных зарядов, 92 снаряженных и 304 неснаряженных "бомбы" (так в то время назывались снаряды) для 305-мм орудий и полный запас шкиперского имущества, сразу же вышли в море.
Первый выход преследовал одну цель – испытание артиллерии. Произведя шесть выстрелов, говоря языком артиллеристов "на удар", проверили работу противооткатных устройств и накатников, действие которых оказалось удовлетворительным. На следующий день стрельбу повторили, сделав у Толбухина маяка еще по два выстрела. 24 сентября завершили испытания артиллерии. Проверяя работу устройств орудийных станков при длительной стрельбе, сделали на этот раз по пять залпов одновременно из всех орудий. В этот же день приступили и к испытаниям главных механизмов. Пятичасовое плавание на полном ходу первоначально проходило успешно. Обе машины действовали, как явствует из отчета, "очень хорошо и в дейдвудных трубах не было слышно никакого стука". При проектном углублении наибольшая скорость составила 12,5 уз, что было на 1,5 уз менее контрактной (наибольшее давление в котлах 2,5 атм. и 64 об.). Машины при этом развили мощность 8700 л/с (на 1300 л/с менее контрактной).
Первое, что вызвало тревогу механиков было появление на втором часу хода пропуска пара в нескольких клапанах. Эти дефекты тут же быстро исправили рабочие Берда. Более серьезные опасения вызвали свищи пара в двух местах на паропроводе в холодильник и появление на паропроводе трещин. Затем обнаружили еще две трещины подобного рода, каждую длиной около 30 мм. Завод Берда обязали в течение недели устранить все обнаруженные недостатки.
2 октября созданная для проведения испытаний комиссия окончила свою работу. Оставив открытым вопрос о главных механизмах до устранения замечаний, комиссия отметила, "что работы по всем частям окончены и произведены отчетливо, прочно, чисто и вполне удовлетворительно своему назначению". Если не учитывать постоянные поломки механизмов, как правило, возникавшие при достижении кораблем 12 уз хода (устранение этого возложили на механический отдел МТК, одновременно задержав окончательный расчет с заводом Берда), то 2 октября следует считать датой вступления "Петра Великого" в состав флота. Хотя экипажу еще следовало разрешить все многочисленные задачи боевой подготовки, без которой вся наличная мощь артиллерии корабля и защита его броней не имели никакой силы.
После замены трубопроводов 7 октября "Петр Великий" совместно с пароходом "Рюрик" совершил плавание в Ревель, целью которого являлось продолжение испытаний водоотливной системы, вспомогательных механизмов и мореходности. Одним из многочисленных прикомандированных на период плавания офицеров был лейтенант С. О. Макаров, в обязанности которого входило всестороннее наблюдение за работой водоотливной системы, изготовленной по его чертежам на Кронштадтском Пароходном заводе. После плавания в приложении к газете "Кронштадтский вестник" от 22 октября 1876 года, за несколько дней до отъезда С. О. Макарова на Черное море для дальнейшей службы, была напечатана его статья "Семь дней на корабле "Петр Великий". Мастерски написанная, она хорошо осветила обстановку и атмосферу, царившие на броненосце в тот ответственный период его испытаний.
Мы снялись с якоря около 2 часов пополудни, повернулись на одном месте посредством наших двух машин и направились на море. Пароход "Рюрик" в это время давал попеременно задний и передний ход и ставил кливер, чтобы завернуться. Мы дали самый тихий ход, чтобы иметь время убраться с якорем и задраить клюзы. Когда все было готово, увеличили ход, причем было сказано в машину держать не более 20 фунтов пару и неполный ход, так как при неопытных кочегарах и машинистах надо дать возможность всем осмотреться, ранее чем требовать от машины полный ход в течение целого дня. Ветер был ровный, противный, с небольшим волнением, и "Рюрик" начал сразу отставать, так что к заходу солнца он был совсем на горизонте.На корабль ветер и волнение, невидимому, не имели никакого влияния. Ветер не мешал легко идти по 10 узлов, а волнение только брызгало на бак, не произведя никаких возмущений или колебаний в самом судне. К ночи ход был уменьшен до 6-7 узлов, а с рассветом опять прибавили ход до 10 узлов, так что "Рюрик", успевший уйти вперед нас, опять совсем отстал в 2-3 часа времени.