Погода не благоприятствовала испытаниям. Второго числа пошел дождь, стояла низкая облачность. Разрешение на вылет было получено лишь благодаря настойчивости Ильюшин. Накануне он уже успешно выполнил па С-22И скоростную рулежку с подлетом. После полета, длившегося около 20 минут, Ильюшин докладывал: «Машина устойчива и хорошо управляема но всем трем осям, во всем диапазоне стреловидностей крыла. Выполнил несколько перекладок крыла, они не вносят усложнений в технику пилотирования. Незначительные моменты на пикирование или на кабрирование легко парируются небольшим перемещением ручки».
Испытании С-22И и в дальнейшем проходили па удивление гладко. В удачные дни па ней успевали выполнять до пяти полетов. Новый самолет освоили летчики-испытатели Н.И. Коровушкин, Е.К. Кукушев, Э.И, Князев, А С. Микоян, А.А. Мапучаров, А.С. Девочкин, Г.А. Бабаевский. Несколько полетов сделал летчик-космонавт Г.С. Титов, оценивший са молем как «удивительно интересный и нужный».
Испытания подтвердили, что стоявшие перед конструкторами задачи были выполнены Длина разбега сократилась наполовину, летчики отмечали, что самолет буквально «просится в воздух», а посадочная скорость уменьшилась на 100 км/ч. Несмотря на некоторое уменьшение емкости топливных баков, дальность С-22И по сравнению с Су-7БМ даже несколько возросла.
Новая машина была показана на авиационном параде в Домодедово 9 июля 1967 года. Его пилотировал Заслуженный летчик-испытатель Е.К Кукушев. В тот же день публика увидела и его «одноклассников» — микояновский истребитель с КНР 23-11 (опытный образец будущего МиГ-23) и несколько самолетов короткого взлета с дополнительными подъемными двигателями МиГ-23ПД (23-01), МиГ-21ПД (Е-7ПД) и Т-58ВД.
В июле 1968 года коллективу участников создания самолета была присуждена Ленинская премия. Вскоре по результатам испытаний было принято решение о запуске самолета в серийное производство. Правда, при переучивании одного из летчиков опытная машина была разбита. Но Государственная комиссия при расследовании причин аварии не нашла конструктивных дефектов, и это происшествие не сказалось на судьбе машины. К тому же новый истребитель-бомбардировщик получил поддержку в инженерном отделе Главного штаба ВВС.
Выпуск машины был запланирован на Дальневос точном машиностроительном заводе в городе Комсомольск-на-Амуре (до переименования в 1965 году он имел наименование по ГКАТ завод N» 126), который в то время строил самолеты Су-7. Технологическая подготовка производства нового изделия была развернута уже в 1967 году. В ноябре того же года совместным постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР сроком сдачи первой серийной продукции былопределен 1969 год.