Итого — пять пулеметов против шести на ТБ-1. Бомбовая нагрузка предусматривалась, но мизерная (192 кг) и только в виде бомб малого калибра; самой большой могла быть двухпудовая АФ-32.
Все испытания Р-6 проходил в НИИ ВВС. Первые полеты совершил М.М. Громов. Выявилось немало недостатков и машину вернули ЦАГИ на доработку. На государственные испытания самолет попал лишь 11 марта 1930 г.
Эти испытания прошли тоже не очень удачно. Общая оценка оказалась неутешительной. В выводах отчета НИИ ВВС четко сказано, что самолет не удовлетворяет техническим условиям. Взлетный вес оказался больше заданного на 355 кг. Скорость у земли была меньше требуемой на 14 км/ч, на высоте 3000 м — на 42 км/ч. Потолок «недобрали» на 1560 м. На высоту 5000 м Р-6 забирался за 30 мин вместо 15,3 по заданию. Нормальный радиус действия самолета, который должен был стать и дальним разведчиком, оказался всего 268 км/ч, в то время как у более легкого и дешевого одномоторного биплана Р-5 — 398 км!
В выводах отчета записано: «Преимущество перед ТБ-1 минимально». А ведь за счет уменьшения габаритов и веса, фактического отказа от полноценной бомбовой нагрузки, как раз и собирались получить прирост летных данных по сравнению с бомбардировщиком. Кроме того, выявились вибрации хвостового оперения, фюзеляжа и моторов. В одном из полетов сорвало переднюю кромку крыла (она была задвижной, без фиксации). Протекали бензокраны, слишком жесткой была амортизация шасси. Обзор у летнаба (штурмана-стрелка), сидевшего в передней кабине, сочли недостаточным. Он мог смотреть, только высовываясь вверх из проема турели. Всего специалисты НИИ ВВС отметили 73 дефекта.
Конечно, нашли и кое-что положительное. В отчете указано, что самолет «прост и не утомителен в пилотировании», отметили «хорошую устойчивость и управляемость», по достоинству оценили небольшой (100 — 120 м) разбег и огневую мощь Р-6.
Испытания закончились 30 марта. Самолет еще раз вернули в ЦАГИ, где его подвергли значительной доработке. Переделки заняли около четырех месяцев. Причиной вибраций задней части и оперения сочли завихрения потоков воздуха, сбегающего по крылу. В борьбе с этим заднюю кромку крыла у фюзеляжа приподняли, оставив у концов в прежнем положении. Существенные изменения внесли и в мотоустановку. На двигатели надели новые капоты. Под моторы перенесли водяные радиаторы, установив их в наклонном положении. Ранее они стояли под плоскостями между фюзеляжем и мотогондолами, и могли в полете для уменьшения сопротивления втягиваться в крыло. Изменением положения радиатора собирались и регулировать охлаждение. Теперь это сочли ненужным усложнением. Радиаторы сделали неподвижными, а наклон должен был уменьшить лобовое сопротивление до приемлемых пределов. На выхлопных патрубках моторов появились новые плоские глушители, выхлоп из которых был направлен вверх.
Переднюю кромку крыла прихватили проволокой. У летнаба сделали спереди подслеповатое целлулоидное окошко. Заменили носовую пулеметную турель, теперь обе они, передняя и задняя, были одного типа — Тур-5. Задняя перекатывалась с борта на борт, увеличивая поле обстрела. Кресло пилота приподняли, чтобы улучшить обзор. Перед пилотской кабиной из-за этого пришлось сделать небольшой гаргрот-обтекатель. Ввели козырек перед задней турелью, увеличили вырез выпускной нижней башни и изменили в ней крепление пулемета. Колеса заменили на большие по размеру, метрового диаметра. Но после всех переделок машина не только не потяжелела, но конструкторам удалось даже «сбросить» около 80 кг.
Р-6 вновь предъявили на испытания в НИИ ВВС 24 июля 1930 г. Полеты продолжались более двух месяцев, до 31 сентября. На этот раз результаты оказались куда лучше. Поднялась скорость на высотах более 2000 м, значительно возрос потолок. С другой стороны, несколько увеличились посадочная скорость и время выполнения виражей и восьмерок (на 5 — 6 с). По отзывам летчиков, самолет стал проще и удобнее в эксплуатации, улучшился обзор для пилота. Тряска оперения исчезла. Общий вывод был таков: «По своим летным данным самолет техническим требованиям удовлетворяет». Это не значит, что туполевцам удалось устранить все недостатки машины. В Н ИИ ВВС продолжали считать, что и после доработки конструкция Р-6 перетяжелена.
Нашли и новые недостатки. Моторы теперь забрызгивали радиаторы маслом, и охлаждение постепенно ухудшалось. Патрубки глушителей выбрасывали выхлопные газы в сторону открытой пилотской кабины, попутно оглушая летчика. Из-за плохой амортизации деформировались обтекатели осей шасси. Козырек пилотской кабины оказался слабоват — гнулся и трескался от напора воздуха. В кабину отчаянно задувало и спереди, и с боков, и даже изнутри самолета. Работники НИИ ВВС требовали усилить недостаточно жесткие моторамы, заменить в окошке у летнаба мутный целлулоид на триплекс, одеть чехол на гнездо костыля, поставить ограничитель на заднюю турель, предотвращающий прострел хвостового оперения, и радиостанцию ВОЗ IV, записанную в задании. Появилось предложение дополнить вооружение двумя неподвижными пулеметами ПВ-1, стреляющими вперед.