Первый экземпляр машины (заводское обозначение «самолет 81») закончили постройкой 28 февраля 1941 г. 13 марта летчик В.К.Коккинаки совершил на ней первый полет. С этого дня начались заводские испытания, которые проходили в ЛИИ НКАП и были закончены в конце апреля 1941 г. На испытывавшемся самолете стрелковое вооружение отсутствовало. Бронирование общей массой 195 кг было выполнено в соответствии с эскизным проектом, но добавились передняя и задняя вертикальные бронеплиты. Поскольку в конструкции использовалась цементированная броня, то защита летчика и бензобака от наземного огня, как считалось, должна была оказаться достаточно эффективной. Однако от атак истребителей спереди-сверху, сбоку и сзади-сверху летчик Су-6 М-71 оказался практически не защищен.
Специалисты ЛИИ НКАП указывали, что бронирование самолета Су-6 М-71 значительно слабее примененного на Ил-2». Такой же вывод сделали и в отношении стрелкового вооружения. Первый вариант Су-6 оснащался шестью пулеметами ШКАС (из них два синхронных). В акте заводских испытаний было предложено вместо двух крыльевых пулеметов ШКАС установить две пушки калибра 23 мм. «Сухой» уступал «Илу» и в бомбовой нагрузке: она составляла в нормальном варианте всего 120 кг, а в перегрузку – 200 кг. ЛИИ НКАП рекомендовал усилить вооружение за счет подвески десяти реактивных снарядов PC-132 (РС-82). В качестве несомненного достоинства новой машины отмечалось, что по скорости полета, скороподъемности и взлетно-посадочным характеристикам Су-6 М-71 существенно превосходил Ил-2 АМ-38.
Кабина двухместного Су-6 М-71 с открытыми створками. Существенно лучше (чем на Ил-2) был защищен и стрелок.
Второй экземпляр самолета Су-6 М-71 был закончен постройкой 10 июня 1941 г., а первый полет совершил спустя шесть дней. В сентябре он прошел сокращенные заводские испытания в ЛИИ НКАП с первоначальным стрелковым вооружением, причем в акте по испытаниям отмечалось, что машина «по своим пилотажным свойствам и простоте управления принадлежит к числу лучших современных самолетов». Столь же высокую оценку получил и первый экземпляр Су-6 М-71, который в октябре 1941 г. проходил контрольные испытания в НИИ ВВС (без стрелкового вооружения).
В конце года на втором экземпляре Су-6 М-71 установили, в соответствии с рекомендациями, две пушки ВЯ калибра 23 мм. В период с 24 февраля по 12 марта 1942 г. самолет проходил совместные испытания (государственные и заводские). Ведущим инженером был А.В.Синельников, а ведущим летчиком-испытателем – А.К.Долгов. На этом экземпляре штурмовика были установлены предкрылки, щитки типа «Шренк» и десять реактивных снарядов PC-132 (или РС-82). Бомбовая нагрузка составляла 200 кг, в перегрузку – 400 кг. Броня не включалась в силовую схему и размещалась внутри самолета. В качестве достоинства отмечалось, что броня защищает от пуль калибра 12,7 мм, однако предлагалось схему бронирования изменить в соответствии с рекомендациями НИИ ВВС.
Самолет был исключительно высоко оценен руководством ВВС. Гавное управление ВВС подготовило проект постановления ГКО о постройке к 1 декабря 1942 г. 25 серийных экземпляров Су-6 М-71. Одновременно была отработана докладная записка И.В.Сталину с положительной оценкой самолета. Но выпуск серии так и не начали, в основном из-за отсутствия серийных моторов М-71 (в ходе испытаний их приходилось частенько заменять из-за дефектов). Имелись и другие объективные и субъективные причины.
К началу июля 1942 г. самолет Су-6 М- 71 с небольшими доработками по схеме бронирования (общий вес брони был доведен до 660 кг), с улучшенным обзором вперед-вниз (сиденье летчика было поднято на 35 мм) снова проходил совместные испытания. Их выполняли ведущий инженер А.В.Синельников и ведущий летчик А.К.Долгов. В акте государственных испытаний отмечалось:
«…самолет Су-6 с мотором М-71 по максимальной скорости горизонтального полета стоит выше штурмовика Ил-2 АМ-38;
– после выполнения задания (сбрасывания бомб и РС-132) самолет Су-6 М-71 обладает максимальной скоростью 483 км/час на 10-ти минутном форсаже. Эта скорость делает самолет Су-6 труднодосягаемым для истребителей противника, имеющих незначительное преимущество в скорости;
– считать целесообразным постройку небольшой войсковой серии самолетов Су-6 М-71, как представляющих интерес по сравнительно большой максимальной горизонтальной скорости и имеющие мощное стрелково-пушечное и реактивное вооружение».
По технике пилотирования машина оказалась вполне доступной для летчиков средней квалификации. Она имела хорошую устойчивость и управляемость. Вместе с тем. отмечалось, что обзор на рулежке недостаточен и поэтому приходится рулить змейкой. В воздухе обзор оценивался как удовлетворительный.
Несмотря на совершенно недвусмысленным образом выраженную заинтересованность руководства ВВС в Су-6, самолет по прежнему в серии не строился. П.О.Сухой не смог (или не захотел) «пробить» запуск своего детища в производство. Вместо этого им было принято решение об установке на самолете Су-6 М-71 двух крыльевых пушек калибра 37 мм вместо ВЯ. На первом экземпляре монтировались пушки конструкции А.Э.Нудельмана и А.С.Суранова НС-37 (тогда они назывались «37-мм пушки ОКБ-16»), Срок готовности – ноябрь 1942 г. На втором экземпляре устанавливались орудия Б.Г.Шпитального Ш-37 («37-мм пушки ОКБ- 15»). Срок готовности – декабрь 1942 г.
В соответствии с разрешением НКАП, ОКБ П.О.Сухого дополнительно строило два самолета Су-6 М-71 с бронекорпусом, включенным в конструкцию самолета и усиленным бронированием силовой установки. Одновременно в интересах упрощения технологии производства предусматривалась замена консолей на деревянные.
В январе 1943 г. П.О.Сухой предъявил эскизный проект самолета Су-6 в двухместном варианте с мотором М-71Ф. Одноместный вариант Су-6 с мотором М-71Ф был построен месяцем раньше. В соответствии с эскизным проектом в 1943 г. он был переделан в двухместный. На государственные испытания самолет поступил 19 июня 1943 г. Испытания он проходил с 20 июня по 30 августа 1943 г. Испытания проводили ведущий инженер А.В.Синельников и ведущий летчик А.И.Кабанов, летчик облета П.М.Стефановский. Оценка самолету дана была очень высокой. В акте государственных испытаний отмечалось:
«…по максимальным скоростям, скороподъемности, потолку и дальности самолет Су-6 М-71Ф значительно превосходит находящийся на вооружении ВВС Красной Армии штурмовой самолет Ил-2;
– самолет Су-6 по своему бронированию и летно-боевым качествам, в первую очередь предназначен для решения штурмовых задач, но, вместе с тем, его можно успешно использовать и для борьбы с бомбардировщиками противника;
..рекомендовать самолет Су-6 с мотором М-71Ф в серийное производство».
Двухместный Су-6 во многом превосходил знаменитый Ил-2, но стойкая боязнь НКАПа перестраивать производство на отлаженных сборочных конвеерах, поставили непреодолимый заслон на пути этой машины.
Летчики-испытатели оценивали машину следующим образом:
А.И.Кабанов: «Кабина хороша. Рулит хорошо. В целом самолет производит хорошее впечатление и будет грозным оружием как в борьбе с земными целями, так и с бомбардировщиками противника».
П.М.Стефановский: «Самолет, как двухместный штурмовик, является актуальной и нужной машиной, могущей заменить самолет Ил-2, так как обладает лучшим бронированием и значительно лучшими летными. данными».
Передняя часть фюзеляжа целиком прикрывалась броней. Задняя представляла собой деревянный монокок. Центроплан, стабилизатор, рули, элероны типа «Фрайз» и оба лонжерона крыла металлические. Киль и консоли деревянные, элероны и рули обтягивались полотном. Имелась аэродинамическая и весовая компенсация элеронов и рулей, все управляющие поверхности оборудовались триммерами. Механизация крыла была представлена предкрылками и щитками Шренка. Одностоечные опоры шасси с задним складывающимся подкосом убирались назад с поворотом на 90" (по типу ШБ). Уборка и выпуск – гидравлические. Для улучшения взлетно-посадочных характеристик в процессе испытаний трехлопастный винт АВ-5-4А диаметром 3,25 м заменили на четырехлопастный АВ-9-4А диаметром 3,35 м.