На самолете установили двигатель водяного охлаждения АМ-35 конструкции А.А.Микулина с максимальной мощностью 1350л.с.
Наступательное вооружение штурмовика составляли 4 пулемета ШКАС (Шпитальный и Комарицкий, авиационный, скорострельных) калибра 7,62 мм, установленные в крыле. В крыльевых бомбоотсеках в нормальном варианте размещалось 400 кг бомб или 600 кг в перегрузочном варианте с двумя дополнительными наружными подвесками под центропланом. Оборонительным оружием был пятый пулемет ШКАС в кабине стрелка.
Первый полет штурмовик совершил 2 октября 1939 года, его пилотировал В.К. Коккинаки — бессменный летчик-испытатель всех самолетов конструкции С.В. Ильюшина от ЦКБ-26 (1935 г.) до Ил-62 (1963 г.). 30 декабря он поднял в воздух второй опытный самолет.
Заводские, а затем и государственные испытания машины закончились в апреле 1940 года. Самолет получил военное обозначение БШ-2. В акте госиспытаний говорилось, что “самолет может быть использован в ВВС КА в качестве штурмовика-бомбардировщика ближнего действия при условии устранения основных недостатков". Там же предлагаюсь изготовить небольшую серию машин и провести войсковые испытания для изучения тактики их применения. Однако, в акте не было самого главного — рекомендации о принятии на вооружение, имеющей принципиальное значение.
Испытания действительно выявили целый ряд существенных недостатков, главными из которых были перегрев двигателя при работе на максимальных оборотах, его недостаточная мощность, неудовлетворительная продольная устойчивость самолета и плохой обзор вперед из кабины летчика. Устранение выявленных недостатков требовало проведения доработок. Центробежный нагнетатель, обеспечивающий высотность двигателя АМ-35 и совершенно не нужный для полетов на малых высотах, отбирал у мотора значительную часть мощности. Поэтому принимается решение установить другой двигатель АМ-38, который по просьбе Ильюшина специально для этого самолета создается в ОКБ А.А.Микулина. Новый мотор имел те же габариты, но обладал меньшей высотностью. Его номинальная мощность на 33 %, а максимальная на 23 % превышала соответствующие параметры предыдущего двигателя. Одновременно была увеличена охлаждающая площадь водорадиатора, вследствие чего маслорадиатор из-за отсутствия места перенесли вниз под фюзеляж и разместили в бронекоробке со створкой, закрывающейся при атаке. Для улучшения продольной устойчивости на 3 % увеличили площадь горизонтального оперения, а консоли крыла развернули на 5° назад вокруг узлов их крепления к центроплану на переднем лонжероне. Большая трудоемкость работ по изменению обводов бронскорпуса не позволила на этом этапе улучшить обзор из кабины летчика. Предельная загрузка авиазаводов выпуском новой техники, необходимость широкой кооперации с предприятиями металлургической промышленности и, самое главное, отсутствие рекомендации о принятии на вооружение, затормозили размещение заказа на производство малой серии БШ-2 до второй половины года.
Военные летчики братья Коккинаки. Слева — направо Валентин Константинович, Константин Константинович и Владимир Константинович. Москва, Центральный аэродром 1945 г.
Бронированный штурмовик ЦКБ-57. Москва, Центральный аэродром, октябрь 1940 г.
Работы по доводке самолета были практически завершены, когда заказчик неожиданно предложил переделать штурмовик в одноместный и установить на месте воздушного стрелка дополнительный бензобак для увеличения дальности полета. Одновременно было предложено усилить вооружение, заменив два пулемета ШКАС в крыле на пушки, и увеличить толщину брони в зоне кабины летчика.
Что же заставило заказчика изменить свои взгляды? По мнению военных специалистов высокие летные и боевые качества ЦКБ-55, показанные на испытаниях, могли послужить основой для создания новых, еще более совершенных штурмовиков с лучшими характеристиками. Считая, что такого результата можно добиться при максимальном облегчении самолета, они предлагали сократить численность экипажа до одного человека, а за счет экономии массы увеличить скорость и дальность полета, усилить вооружение и броню. При этом зашита одноместных штурмовиков от атак противника с воздуха гарантировалась истребителями сопровождения. Возражения Главного конструктора, его убежденность в необходимости оборонительного пулемета на борту штурмового самолета не были приняты во внимание.