Ко времени работ по Бе-12 лабораторная база опытного завода значительно окрепла. Впервые на хорошем уровне были проведены важнейшие отработки и стендовые испытания многих систем и агрегатов. После проведения наземных испытаний начались заводские летные испытания первого опытного самолета-амфибии Бе-12.
Первый полет самолет совершил в Таганроге 18 октября 1960 г. с заводского грунтового аэродрома. Управлял самолетом экипаж во главе с летчиком-испытателем Г.И. Бурьяновым. В дальнейшем испытания проводил экипаж в следующем составе: командир корабля - летчик-испытатель П.П. Бобро, второй пилот -летчик-испытатель В.Г. Панькин, штурман - В.П. Антонов, радист - В.П. Перебайлов. Руководили испытаниями Б.А. Дыбин и В.И. Петроченков. Машину к полетам готовил бортмеханик С.И. Кондратенко со своими помощниками.
Во время проведения испытаний опытного самолета проявились первые конструктивные дефекты, в том числе и достаточно серьезные. Так, критическая скорость флаттера оказалась ниже расчетной и для ее увеличения на концах крыла были установлены противофлаттерные грузы.
В мае 1961 г. была проведена первая значительная доработка лодки Бе-12 - изменили конструкцию первого редана. Это позволило значительно снизить продольные колебания, иногда возникавшие на скоростях глиссирования.
Широкая общественность впервые увидела в полете новый противолодочный самолет Бе-12 в Москве на авиационном празднике в Тушине, который состоялся 9 июля 1961 г. К тому времени за Бе-12 прочно закрепилось наименование "Чайка".
19 июля 1961 г. самолет-амфибия Бе-12 вышел на государственные испытания.
При дальнейших испытаниях со взлетом с воды с неспокойной поверхностью проявился существенный дефект: концы лопастей винтов при попадании на них воды деформировались и подвергались эрозии. Чтобы защитить лопасти от брызг по обоим бортам, в носовой части лодки, у скул, от 8 до 15 шпангоута были установлены дополнительные брызгоотражатели шириной 200 мм. Испытания подтвердили некоторую эффективность доработки. Но для радикального решения вопроса заливаемое≥ винтов необходимо было увеличить расстояние между водной поверхностью и нижней зоной, ометаемой винтами. Проблему решили путем перестановки двигателей из-под нижней части крыла на верхнюю.
На опытном самолете-амфибии Бе-12 для выдвижной антенны радиолокатора был выполнен люк диаметром около метра в днище лодки на ее глиссирующей части. Люк открывался только в полете, а на взлете и посадке закрывался огромной "пробкой" с помощью сложной системы механизмов. Это устройство позволяло антенне с большим зеркалом иметь круговой обзор и убираться внутрь самолета перед посадкой. Однако отказ в полете механизма уборки антенны и закрытия люка представлял большую опасность и грозил невозможностью осуществления посадки самолета на воду. Поэтому в целях повышения безопасности и эксплуатационной надежности антенну перенесли в носовую часть лодки, ограничив обзор передним сектором. После этого все самолеты Бе-12 приобрели характерный "утиный" нос.