После завершения 25-часовых стендовых испытаний АЛ-5 № ЗА-165-15 без разборки был отправлен в ЛИИ для установки на Пе-8 № 42310. В полёте на летающей лаборатории двигатель работал устойчиво на высотах до 9500 м при давлении топлива перед форсунками 7...11 кг/см². На высотах до 8000 м при скорости полёта до 300 км/ч по прибору при резкой уборке сектора газа за 0,5 секунды с максимального режима до давления топлива 4,2...4,9 кг/см² двигатель не самовыключался. Кроме этого в последний день июня на 25-часовые стендовые испытания поставили двигатель №3 А-165-03 с новыми горелками, которые должны были обеспечить устойчивое горение в камере сгорания при больших значениях коэффициента, чем горелки двигателя № ЗА-165-15.

Тем временем контрольные испытания прошёл двигатель АЛ-5 № ЗА-165-20 с первым вариантом горелок камеры сгорания, и 28 июня его отправили в ОКБ-155 для установки на самолёт И-350. Через два дня прошёл контрольные испытания с такими же горелками и двигатель АЛ-5 № ЗА-165-16 предназначенный для Ла-190, и 2 июля его отправили в ОКБ-301. По указанию A.M. Люлька с целью повышения устойчивости горения на рабочие форсунки обоих двигателей после отправки их с завода № 165 также установили колпачки, перекрывавшие кольцевой зазор между горелкой и форсункой.

Пока в опытном производстве ОКБ-155 меняли двигатель на истребителе И-350, на заводе № 165 и в ЛИИ продолжались испытания двигателей № ЗА-165-03 и № ЗА-165-15. Причём последний был дополнительно оснащён специальным клапаном с целью сохранения в полёте минимального давления топлива перед форсунками. Кроме того, для комплексной оценки всех усовершенствований направленных на устранение явления самовыключения в ОКБ-165 начали готовить двигатель АЛ-5 № ЗА-165-18 для проведения длительных 100-часовых стендовых испытаний.

На стендовых испытаниях двигатель № ЗА-165-03 со вторым вариантом горелок работал хорошо, а установленный на нём новый смеситель с большим количеством отверстий позволил на 2% снизить удельный расход топлива. Кроме того, проведённые в ЦИАМ испытания показали, что такой смеситель также способствовал повышению устойчивости горения. Однако разборка двигателя выявила смещение зоны высоких температур ближе к горелкам, что привело к прогару смесителей. А это в свою очередь требовало проведение дальнейшей доводки.

С целью доработки регулятора оборотов в ОКБ-165 помимо упоминавшегося выше клапана минимального давления, который показал неудовлетворительные результаты, разработали ещё два варианта клапанов: клапан слива и клапан замедлителя. Но на испытаниях последний также показал неудовлетворительные результаты. В связи с этим для повышения стабильности регулирования подачи топлива на двигатели, предназначенные для самолётов И-350 и Ла-190, были установлены только клапаны слива.

В отличие от АЛ-5 № ЗА-165-03 двигателю № ЗА-165-15 не повезло. 16 июля Пе-8 № 42310 при посадке потерпел аварию из-за лопнувшей покрышки левого колеса. Самолёт занесло, и он выехал с взлётно-посадочной полосы на мягкий грунт, что привело к поломке шасси. При ударе о грунт машина загорелась, и её спасти не удалось. В результате пожара у двигателя АЛ-5 обгорели коммуникации и имелись прогары от внешнего воздействия пламени, в связи с чем его отправили на завод № 165 для разборки и дефектации.

После установки двигателя АЛ-5 № ЗА-165-20 на истребителе И-350 лётчик-испытатель Г.А. Седов выполнил на нём ещё два полёта, 17 и 19 июля. Они показали, что клапан слива ОП8049-00, обеспечивая минимальные заданные давления топлива перед форсунками, наряду с большей устойчивостью горения в камере сгорания позволил устранить дефект самовыключения АЛ-5 в полёте. После этого на двигателе установили новый клапан слива, который позволил улучшить характеристики регулирования.

1 августа 1951 г. после завершения доработки топливной системы лётчик-испытатель Г.А. Седов в пятый раз поднял машину в воздух. Полёт проходил на высотах до 5000 м, а скорость доводилась до 580 км/ч по прибору. При этом оказалось, что на высоте 5000 м при уборке газа до режима холостого хода минимальные обороты двигателя составляли 5300 об/мин, а при уборке и даче газа двигатель вяло выходил на заданные обороты. Такие же результаты были получены 4 августа на самолёте Ла-190, испытания которого перенесли в ЛИИ, когда на высоте 7000 м при скорости 650 км/ч по прибору после перевода сектора газа на холостой ход минимальные обороты составляли 5700 об/мин.

Результаты обоих полётов подтвердили, что клапан слива и новые горелки обеспечили работу двигателя без самовыключения при уборке сектора газа. Однако введение клапана слива в топливную систему вызвало новые проблемы. Во-первых, с увеличением высоты полёта более 5000 м излишне возросли обороты малого газа. Во-вторых, увеличилось время приёмистости до 60 секунд, и двигатель вяло выходил на заданные обороты.

Для устранения новых дефектов разработали и отправили на стендовые испытания храповик замедлителя регулятора. Вместе с этим на двигателе № ЗА-165-03 продолжали работы по повышению устойчивости горения и обеспечению стабильности регулирования подачи топлива в полёте при минимально допустимом давлении. В частности, был разработан и в августе 1951 г. прошёл стендовые испытания новый вариант горелок с диафрагмой, представлявшей собой двухрядную решетку, расположенную между завихрителями и форсунками, с уменьшенным сечением отверстий и без зазора между горелкой и форсунками. На испытаниях в ЦИАМ такая горелка показала дальнейшее улучшение устойчивости горения. Кроме этого на двигателе № ЗА-165-08 прошёл испытания, правда, неудовлетворительно, новый вариант смесителя.

После завершения стендовых испытаний храповик замедлителя регулятора оборотов и новый вариант горелок планировалось установить на АЛ-5 №№ ЗА-165-12 и ЗА-165-14, предназначенные соответственно для самолётов И-350 и Ла-190. Сборку этих двигателей на заводе № 165 предполагали завершить к середине августа. Главный конструктор A.M. Люлька гарантировал, что двигатели АЛ-5 с указанными усовершенствованиями обеспечат полёт на всех высотах до скоростей, соответствующих М=1,3, и при минимальном давлении топлива 10 кг/см². После получения на лётных испытаниях удовлетворительных результатов двигатель АЛ-5 в новой компоновке планировалось предъявить на 100-часовые стендовые испытания, проводить которые предусматривалось по программе государственных.