Оба прототипа не отличались друг от друга. Правда, часто можно увидеть утверждение, что V3 был дополнительно вооружен 20-мм пушкой MG FF/M, стреляющей через вал винта. Но это, скорее всего, неправда. Прежде всего, техническое задание предполагало, что через вал винта должен был стрелять пулемет, во-вторых, пушка MG FF/M в то время еще не выпускалась, в-третьих, нет никаких документальных доказательств ее установки на Me 109V3. То, что на снимках обычно интерпретируют как ствол пушки, в действительности представляет собой вал винта, выглядывающий из-под срезанного кончика обтекателя.
Два снимка Me 109V4 (W.Nr. 880, D- IALY), сделанные на заводском аэродроме. Внешне самолет отличался от V2/V3 только модифицированным главный шасси с более узкими шинами, что позволило отказаться от выступов в крыле. Самолет оснащен маслорадиатором в левом крызе, обтекатель втулки винта закрывает лобовое вентиляционное отверстие.
Еще один снимок Me 109V4. Четвертый прототип одновременно был первым предсерийныи образцом Me 109В-0. Отчетливо видно, что на верхней стороне крыльев отсутствуют выступы.
Me 109V2 пролетал недолго. В апреле 1936 года самолет разбился, едва успев завершить программу испытаний в Травемюнде. Поэтому основная нагрузка легла на Me 109V3, который подвергся интенсивным испытаниям во второй половине 1936 года. Весь полученный опыт предполагалось учесть при создании четвертого прототипа — Me 109V4 (W.Nr. 878, D-IALY), который должен был стать образцом для серийного производства. Только в сентябре третий прототип совершил 30 вылетов общей длительностью 16 часов 54 минуты. Затем машину передали для испытаний надежности главного шасси (650x150 мм, фирма Argus-Bremsraeder), определенное в 200 циклов взлет-посадка.
Во время испытаний вскрылось множество недостатков самолета. Кроме так называемых «болезней детского возраста», которые в принципе можно было устранить со временем, выявилось несколько органических недостатков, которые становились очень серьезными по сравнению с усовершенствованным прототипом Не 112. Когда 21 января 1936 года Me 109V2 поднялся в воздух в первый раз, Не 112V2 уже второй месяц проходил испытания. Сравнительные испытания обоих прототипов провели в конце февраля — начале марта 1936 года в Рехлине. Главные испытания проходили 26–27 февраля и 2 марта. В ходе пробных полетов прототип Не 112 разбился. Быстро представить замену Хейнкель не смог, так как Не 112V3 находился в полуразобранном состоянии на заводе, где проходил коренную модернизацию. Самолету укорачивали крылья, меняли систему охлаждения, устанавливали новый капот, новую систему отвода выхлопных газов, застекляли фонарь кабины, меняли верхнюю часть фюзеляжа, увеличивали площадь киля, устанавливали пулеметы в фюзеляже, а также устанавливали трехлопастной винт. Все эти переделки должны были радикальным образом улучшить характеристики самолета. Но, несмотря на то, что Хейнкель всех поставил в известность о результатах переделки, сроки поджимали. Поэтому сравнительные испытания были завершены.