В процессе разработки самолета оказалось, что кабина летчика мала для размещения катапультного кресла, да и конструкция самого кресла еще не была отработана. По этой причине концепция покидания летчиком самолета была изменена: теперь он должен был отстегнуть привязные ремни, отсоединить ручку управления самолетом, откинуть фонарь и сбросить носовую часть фюзеляжа. Носовая часть отделялась вместе с лобовым остеклением, передней перегородкой и панелью управления. Раскрывавшийся тормозной парашют в хвостовой части как бы вытряхивал вперед летчика из кресла, после чего срабатывали пиротехнические болты, соединявшие хвостовую часть со средней частью фюзеляжа. После разделения летчик и хвостовая часть вместе с двигательной установкой приземлялись каждый на своем парашюте.
Первые экспериментальные самолеты, Ba 349 M1 и M2, собирались в октябре 1944 г. одновременно. О важности программы свидетельствовало то, что в начале массового производства были заказаны 200 машин, из которых первые пятьдесят должны быть поставлены между октябрем 1944 г. и январем 1945 г.
Первый опытный образец Ba 349 M1 предназначался для буксировочных летных испытаний и имел трехстоечное колесное шасси. Он впервые был поднят в воздух без пилота в ноябре 1944 г. на буксире за самолетом He 111. Первый полет на буксире третьего опытного образца, Ba 349 M3, был выполнен 14 декабря. После успешного завершения этапа наземных испытаний около Бад-Вальдзе на 18 декабря был намечен первый вертикальный старт с пусковой установки с помощью ускорителей (ЖРД не устанавливался). Испытания закончились неудачей – самолет не сошел с направляющих пусковой установки из-за того, что стартовые ускорители прогорели в местах проводки зажигания.
Следующая попытка была сделана четырьмя днями позже в Хойберг-Хилле. Самолет отбуксировали на высоту 750 м, после чего он совершил короткий полет, а посадка самолета с манекеном в кабине осуществлялась на парашюте. Второй такой же полет состоялся 29 декабря 1944 г. без серьезных инцидентов, в это же время еще несколько машин испытывались с буксировкой в воздухе. В феврале 1945 г. была создана команда SS-Sonderkommando 600 Natter (N) под командованием оберштурмфюрера СС Герхарда Шаллера, эта команда отвечала за организацию производства «Наттера».
25 февраля 1945 г. успешно прошел беспилотный запуск машины M22, после чего главному конструктору самолета Эриху Бахему было приказано провести первый пилотируемый полет. 1 марта летчик-испытатель Лотар Зибер впервые стартовал на опытной машине Ba 349 M23. Самолет стартовал удачно, но при наборе высоты произошел самопроизвольный сброс фонаря кабины, который при этом контузил летчика. Машина, потерявшая управление, набрала высоту около 1500 м, спикировала и при ударе о землю взорвалась, летчик погиб. Этот полет продолжался 55 секунд.
Несмотря на произошедшую во время первого пилотируемого полета катастрофу, планы массового производства самолета Ba 349 A-l были утверждены, а испытания продолжили, выполнив до апреля 1945 г. 34 пуска, в том числе 7 пилотируемых. После испытаний на самолете переделали хвостовую часть фюзеляжа под новый двухкамерный ЖРД HWK 509C, узлы подвески стартовых ускорителей передвинули ближе к хвосту, несколько увеличили высоту фюзеляжа для размещения двух пушек МК 108. Новая модификация самолета получила обозначение Ba 349B, а RLM ограничило выпуск Ba 349A 50 опытными машинами, запустив сразу в серийное производство Ba 349B (первая партия машин должна была иметь обозначение Ba 349B-1).
Всего до конца войны построили 36 самолетов, среди них – три опытных Ba 349B, один из которых летал. Ни один из построенных самолетов Ba 349 не успел принять участие в боевых действиях, хотя 10 машин разместили у Кирхейма на стартовых позициях для отражения налетов союзной авиации. Почти все они вместе с пусковыми установками были уничтожены специальными эсэсовскими командами при отступлении, однако четыре машины захватили союзные войска – американские три и советские одну. В самом конце войны техническую документацию на Ba 349 приобрели японцы, но ни одну машину так и не построили. В настоящее время по одному экземпляру Ba 349 находятся в музеях США и Германии.