Самолет предписывалось построить в двух экземплярах, и первый из них предъявить на летные испытания 1 ноября 1946 года.
В ОКБ самолет получил обозначение «К», а у военных — Су-9. Как и прежде, конструкторы тесно сотрудничали со специалистами ЦАГИ, которые лишь с третьей попытки смогли предложить необходимый скоростной, как тогда говорили, махоустойчивый профиль для крыла.
Сборку самолета «К» завершили 18 сентября, и 5 октября его перевезли на аэродром ЛИИ. Приказ о проведении заводских летных испытаний был подписан 31 октября 1946 года. Ведущими по машине в ходе заводских испытаний были летчик Г. М. Шиянов, инженеры С. С. Фаллер (ЛИИ) и М. И. Зуев (от завода № 134).
Первый полет Су-9 состоялся 13 ноября 1946 года, когда был решен вопрос с серийным производством истребителей Як-15 и МиГ-9.
Низкая надежность первых ТРД и их небольшой ресурс вынудили несколько раз менять на Су-9 двигатели, что затягивало испытания. Много усилий затратили на доводку системы управления в канале элеронов. Случались отказы и гидросистемы. Например, на 8 января 1947 года было сделано лишь 11 полетов.
Вдобавок на скорости, близкой к максимальной, дали о себе знать недостаточные запасы путевой и поперечной (раскачивание) устойчивости. Первый дефект устранили, изменив форму зализов между крылом и задней частью мотогондол, а второй — увеличив площадь вертикального оперения.
В конце марта 1947 года на Су-9 установили катапультное кресло, разработанное под руководством А. М. Роднянского на базе немецких, применявшихся на истребителях He-162 и He-219. Из-за этого пришлось расширить кабину пилота и заменить откидную часть фонаря.
В итоге заводские испытания Су-9 затянулись до 25 июля. На этом этапе в испытаниях самолета помимо Г. М. Шиянова участвовали летчики С. Н. Анохина (ЛИИ) и А. Г. Кочетков (НИИ ВВС), готовившийся к параду.
18 августа 1947 года Су-9 передали в НИИ ВВС. Ведущими по машине были инженер И. Г. Рабкин и летчик А. Г. Кочетков. Самолет облетали также П. М. Стефановский, А. Г. Прошаков, В. М. Хомяков и Г. А. Седов.
Испытания показали, что самолет соответствует требованиям, изложенным в постановлении правительства.
Государственные испытания, за время которых выполнили 53 полета (с начала эксплуатации — 123 полета с налетом 53 часа 15 минут), завершились 18 декабря 1947 года. В акте по их результатам, в частности, отмечалось, что Су-9 «…имеет следующие преимущества по сравнению с однотипными отечественными самолетами, находящимися в серийном производстве:
— более легкая летная эксплуатация и более простое наземное обслуживание;