Заканчивая заводские испытания самолета, экипаж В.К. Коккинаки 21-23 марта 1958 г. совершил на Ил-18 дальний перелет по маршруту Москва - Иркутск - Петропавловск-Камчатский -бухта Тикси - станция "Северный полюс-6" - бухта Тикси -Москва, преодолев за 27 ч 34 мин летного времени около 18 000 км со средней скоростью 650 км/ч.
В заключении по результатам заводских испытаний отмечалось, что самолет отвечает предъявленным техническим требованиям: он экономичен, комфортабелен и прост в эксплуатации. Этот вывод подтвердили и государственные испытания самолета, проходившие в ГК НИИ ВВС с 10 мая по 20 августа 1958 г. Ведущим летчиком на государственных испытаниях самолета Ил-18 с двигателями НК-4 был полковник Э.В. Голенкин, летчиками облета-начальник ГК НИИ ВВС генерал-лейтенант А.С. Благовещенский, полковники С.А. Рычков, В.К. Гречишкин, А.К. Стариков. По результатам государственных испытаний для повышения безопасности полетов ГК НИИ ВВС рекомендовал включить в состав экипажа самолета Ил-18 бортинженера, установить всережимный автофлюгер с механическим упором винта и довести радиолокационную станцию "Эмблема".
Сразу же после окончания государственных испытаний первого опытного самолета Ил-18 с НК-4, с 17 сентября 1958 г., начались заводские летные испытания третьего серийного самолета Ил-18 с опытными двигателями АИ-20, разработанными под руководством А.Г. Ивченко. Он также получил положительную оценку заводских летчиков, а затем и испытателей ГК НИИ ВВС.
Летные данные самолетов Ил-18 с двигателями НК-4 и АИ-20 несколько различались, в основном из-за установки воздушных винтов различного диаметра и разных масс пустых самолетов, но значительно превысили требования, заданные постановлением правительства от 25 мая 1956 г., за исключением длин разбега при взлете и пробега после посадки, которые были определены из условия базирования Ил-18 на тех же аэродромах, на которых эксплуатировались самолеты Ил-12 и Ил-14.
Серийное производство самолетов Ил-18 начали в ноябре 1957 г. на заводе ╧ 30 (впоследствии завод "Знамя Труда") после завершения первого этапа заводских испытаний опытного Ил-18 с НК-4 на основе положительных летной и эксплуатационной оценок самолета испытательной бригадой.
Ил-18А. Первые серийные самолеты с двигателями НК-4 имели обозначение Ил-18А. От опытной машины они отличались небольшими изменениями в компоновке пассажирских салонов, связанными с переносом в зону воздушных винтов гардеробов, усилением тепло-звукоизоляции и увеличением числа пассажирских мест с 75 до 89. Этот вариант компоновки салонов получил заводский индекс "17А".