Несмотря на имевшиеся проблемы, первая для предприятия машина ОКБ Антонова стала качественным шагом вперед. Большой и тяжелый самолет имел открывающийся в полете грузолюк солидных размеров, силовой пол и много иных конструктивных и технологических особенностей. В конструкции широко использовались длинномерные профили переменного сечения, многометровые панели крыла требовали химического травления. По силовым элементам использовалась клепка крепежом большого диаметра. Уступая технологичности и ресурсу, пришлось согласиться на наружные непотайные заклепочные швы по панелям фюзеляжа, выглядевшие не очень привычно на современной машине. Тем не менее, хорошо продуманная конструкция самолета позволила начать его производство в рекордно короткие сроки. Этому способствовало и предусмотренное конструкцией Ан-12 панелирование - все агрегаты и секции разбивались на отдельные подсборки-панели, каждая из которых собиралась в отдельном стапеле с более удобными подходами, лучшими условиями работы и качеством изготовления. Это потребовало более длительной и тщательной подготовки производства, но зато в дальнейшем можно было быстро компенсировать затраты средств и времени за счет значительного повышения производительности труда и расширения объемов работ. Применение такой конструкции позволило снизить трудоемкость при производстве Ан-12 и в полтора-два поднять производительность труда.

В 1957 году завод выполнил программу, построив два заданных планом самолета. Первая машина "Т", получившая заводской номер 7900101, была сдана по сборке к 7 ноября 1957 года, 40-й годовщине Великого Октября, — всего двумя годами спустя после получения правительственного задания. Серийные номера этого и следующих Ан-12 иркутского завода расшифровывались следующим образом: первая цифра (7) - год выпуска (1957), вторая и третья - код завода (90), остальные - серия (01) и номер самолета в серии (01).

Первый полет Ан-12 состоялся 16 декабря 1957 года в 14 часов 37 минут по местному времени (оно на пять часов отличалось от московского). В воздух его поднял экипаж в составе Героя Советского Союза Я.И. Берникова (командир, летчик-испытатель ЛИИ), Г.И. Лысенко (второй пилот, переведен в ОКБ из НИИ ГВФ), П.И. Уварова (штурман), И.М. Морозова (бортиженер), М.Г. Юрова (бортрадист), В.Г. Жилкина (бортстрелок).

В воздухе после уборки закрылков и уменьшения мощности двигателей возникла тряска носовой части фюзеляжа. Командир решил не рисковать единственной к тому времени машиной и через несколько минут прервал полет. Вскоре выяснилось, что тряска вызывалась незакрытой створкой передней ноги шасси и не была опасной. Со второго полета ведущим летчиком заводских испытаний назначили Г.И. Лысенко, как поговаривали, посчитав Берникова "перестраховщиком". За восемь месяцев Ан-12 прошел программу заводских испытаний, к концу которых участвовали уже три самолета.

Эксперименты по сбросу парашютных грузов в аэродинамической трубе ЦАГИ. Целью экспериментов было изучение вопросов центровки и балансировки самолета при десантировании

Еще в ходе первых полетов летчики отмечали высокую энерговооруженность и аэродинамические качества самолета. Из-за резкого разбега незагруженной на испытаниях машины они часто не успевали своевременно создавать взлетный угол, поэтому отрыв происходил на повышенной скорости. Вследствие сильного реактивного момента четырех воздушных винтов левого вращения правая стойка шасси нагружалась больше левой, и Ан-12 на разбеге проявлял тенденцию к развороту вправо, что было чувствительно при узкой колее шасси. Парировать этот эффект рулями не позволяла их малая эффективность в начале разбега. Разрешалось использовать для компенсации момента управление передней стойкой от педалей, обычно используемое при рулении.

По результатам испытаний конструкцию многих агрегатов и узлов самолета перед началом его массового серийного выпуска доработали. Для улучшения боковой динамической устойчивости, снижения влияния аварийной остановки двигателя и порывов ветра на динамику бокового движения самолета уже со второй машины в ходе испытаний изменили угол поперечного V крыла. Крыло приобрело характерную для Ан-12 форму «пологой чайки» — до 14-й нервюры консоли поднимались вверх под углом в 1°, а дальше начинали опускаться вниз с углом 3°. Кроме того, усилили хвостовую часть фюзеляжа, подвергавшуюся вибрациям из-за мощных спутных вихрей при открытии грузолюка в полете. Нагрузки здесь оказались такими, что при первом же полете с открытым люком фюзеляж "повело", закрываться створки уже не захотели, и садиться пришлось с открытым люком.

В ходе испытаний была выявлена и недостаточная тяга первых АИ-20 на режиме наземного малого газа, на котором выполнялся заход на посадку. На этом режиме винты самолета могли неожиданно самопроизвольно выйти на такой угол установки лопастей, при котором создаваемая тяга оказывалась значительно меньше, чем аэродинамическое сопротивление. По мере снижения Ан-12 терял скорость и проваливался перед самым касанием ВПП. На полетном малом газе, напротив, самолет не хотел снижаться. В целях предотвращения этого явления была разработана такая методика захода на посадку, при которой внутренние двигатели выводились в положение наземного малого газа, а внешние оставлялись на упорах полетного, тяга при котором была несколько выше.

Заводские испытания Ан-12 продолжались в течение восьми месяцев, параллельно с выпуском серийных самолетов. В них приняли участия заводские летчики-испытатели И.В. Кузнецов, Г.И. Старостенко, A.M. Ярошевич, В.П. Науров, В.П. Сорокин, В.И. Семенченко, Э.Н. Чельцов, А.А. Нижник и ряд других. Из-за "сырой" конструкции с изрядным числом дефектов, вызывавших то и дело возникающие проблемы, Министерство обороны отказывалось принимать самолеты по чертежам и техусловиям главного конструктора, разрешенным как временные и не согласованным с заказчиком (тот прекрасно знал, что нет ничего более постоянного, чем допущенные "до лучших времен" послабления). Это не способствовало ритмичной работе авиазавода, но председатель Совета Министров СССР Н.А. Булганин отказал Дементьеву в просьбе принимать самолеты, пока основные недостатки машины не будут устранены.