Испытания в ГНИКИ ВВС самолет проходил с марта по май 1967 года, за этот период были сделаны 38 полетов. В их числе по программе летно-конструкторских (заводских) испытаний B.C. Ильюшиным и Е.С. Соловьевым были произведены еще 18 полетов. В удачные дни в Ахтубинске на С-22И успевали выполнять до пяти полетов. Помимо фирменных летчиков-испытателей машину опробовали и военные летчики А.С. Девочкин, Э.И. Князев, В.Г. Иванов, Н.И. Коровушкин. Свидетельством большого интереса к новой машине явилось то, что первыми из военных испытателей облеты С-22И выполнили представители руководства ГНИКИ ВВС, все в генеральских чинах: С.А. Микоян, первый зам. начальника института, Г.А. Баевский, заместитель начальника института по летной работе, и А.А. Манучаров, руководивший 1-м (истребительным) управлением института.

Новая техника была встречена с настоящим энтузиазмом. Летчик-испытатель 1-го главного управления ГНИКИ ВВС майор В.Н. Кондауров, также участвовавший в работах по С-22И, так описывал свои ощущения от знакомства со "стрелкой": "Вспоминаю то необычное состояние волнения и любопытства, когда первый раз двинул рычаг управления стреловидностью и смотрел, как дрогнули консоли крыльев, как плавно поползли вперед, уступом ломая переднюю кромку. Продольная балансировка нарушилась, и самолет отреагировал на это: тянущие усилия на ручке управления сменились на давящие. Во, техника! Уже и крыльями двигаем, - ликовал я, - еще немного, и махать начнем!".

Несколько полетов сделал летчик-космонавт Г.С. Титов, оценивший самолет как "удивительно интересный и нужный".

Испытания подтвердили, что стоявшие перед конструкторами задачи были выполнены. Так, при взлетной конфигурации крыла (угол стреловидности 30°, предкрылки выпущены) без подвесок, на форсажном режиме работы двигателя длина разбега на бетонированной ВПП составило 530-560 м (для серийного Су-7БМ - 1000 м), а скорость отрыва - 270-275 км/ч (у Су-7БМ - 340 км/ ч). С двумя авиабомбами калибра 500 кг и парой подвесных топливных баков по 640 л каждый длина разбега равнялась 850-900 м (у Су-7БМ с той же нагрузкой - 1400 м), а скорость отрыва - 305-315 км/ч (у Су-7БМ - 380 км/ч). Значительно улучшились и посадочные характеристики самолета. Посадочная скорость С-22И при "распущенном" крыле и выпущенных закрылках составила давно забытые 250-260 км/ч (для Су-7БМ - 305-310 км/ч), а длина пробега с тормозными парашютами равнялась 550-700 м (для Су-7БМ пробег составлял не менее 1100-1200 м, правда, с одним парашютом меньшей площади).

Взлет С-22И с аэродрома Домодедово. Большинство фотографий этого показа были сделаны известным фотографом Б. Вдовенко накануне, во время репетиции	Создавая впечатление об «уже серийном самолете с КИС», на некоторых снимках при публикации рукой ретушера убирались красные стрелы на единственном тогда С-22И

Несмотря на некоторое уменьшение емкости топливной системы (объем крыльевых топливных отсеков из-за установки механизма поворота крыла сократился по сравнению с Су-7БМ на 385 л) характеристики дальности даже несколько улучшились. Аэродинамика сделала свое дело: практическая дальность полета С-22И на высотах 10 - 12 км при оптимальном угле стреловидности крыла 50° без подвесок по сравнению с "семеркой" возросла на 11-12 %, а километровые расходы керосина уменьшились на 9-11 %. Кроме того, применение крыла изменяемой стреловидности позволило снизить минимальные скорости полета, улучшило характеристики устойчивости и управляемости самолета на малых скоростях, что повысило безопасность полетов на взлетно-посадочных режимах, а также уменьшило утомляемость летчика и снизило метеоминимум при посадке.

По результатам испытаний С-22И обнаружились и некоторые недостатки машины: отмечено было снижение прочности самолета, допустимые эксплуатационные перегрузки которой при максимальной стреловидности крыла уступали Су-7БМ, недостаточной оказалась производительность гидросистемы, из-за чего в процессе перекладки крыла давление в системе снижалось до недопустимого уровня, исключая работу остальных органов (управление шасси, механизацией крыла и тормозными щитками). Зато самолет продемонстрировал существенное упрощение в пилотировании, особенно на взлете и посадке, к чему у прототипа (Су-7) были давние претензии.

В апреле 1967 года по результатам совместных с заказчиком испытаний был составлен акт с общей положительной оценкой, в котором, в частности, говорилось: "применение крыла изменяемой геометрии на Су-7БМ существенно улучшает его ЛТХ на дозвуке,... значительно улучшаются ВПХ, что позволяет эксплуатировать самолет на аэродромах с длиной БВПП 1300 м,... уменьшаются километровые расходы топлива на Н=10000 м, ... уменьшается Vmin. полета, что... повышает безопасность полета и ... позволяет снизить минимум погоды при полетах в СМУ". Рекомендации акта предусматривали "выпустить в 1968 году опытную партию самолетов типа Су-7БМ с крылом изменяемой геометрии" а кроме этого "построить в 1969 году 2-3 опытных образца модифицированного самолета Су-/БМ с крылом изменяемой геометрии ... и предъявить их на ГИ".