Аэродром еще был покрыт снегом, и колеса поменяли на лыжи, изготовленные на заводе № 156. До 21 марта успели провести 16 полетов, но из-за прогара поршня в одном из цилиндров двигателя испытания пришлось прервать.
После ремонта лыжи сняли, самолет поставили на колеса, и 31 мая 1938 г. Супрун вновь поднял машину в воздух. Продолжавшиеся до 10 июля испытания проводились при нормальном взлетном весе (2752 кг) и центровке 25,8% САХ. Всего выполнено 48 полетов общей продолжительностью 24 часа 15 минут и выявлены следующие летные характеристики истребителя 2РА: оптимальная скорость на высоте 4200 метров - 440 км/ч, время набора высоты 3000 метров - 6 минут, практический потолок - 8000 метров, длина разбега - 300 метров, длина пробега - 290 метров, время выполнения виража (на высоте 1000 м) - 18 секунд.
Высокую оценку получили пилотажные свойства машины. В отчете об испытаниях говорится, что «техника пилотирования на самолете и его взлетно-посадочные свойства ближе всего напоминают самолет И-16. Разница заключается в том, что самолет «Северский» имеет лучшую, чем у И-16 устойчивость и триммеры на всех рулях управления, которые позволяют снимать нагрузку на органы управления».
В НИИ ВВС проводились учебные воздушные бои «американца» с самолетами И-16 и Р-10. Двухместный 2РА показал явное превосходство не только над двухместным разведчиком Р-10, но и над лучшим советским одноместным истребителем того времени. Вновь обратимся к отчету об испытаниях:
«Преимущество в скорости на высоте 5000 м позволяет самолету «Северский» иметь превосходство в воздухе над самолетом И-16. При активных атаках «Северский» не выпускает И-16 из прицела при любых его маневрах, сближаясь с ним до 50 метров на виражах.
Самолет И-16, наоборот, во время активных атак отстает на вираже от «Северского» и, как правило, находится под огнем хвостовой точки.
В итоге на высоте 5000 м самолет «Северский» значительно превосходит самолет И-46 по маневренности и по скорости. Выход из боя для И-16 может быть произведен только в вертикальной плоскости на пикировании.
С двухместным разведчиком типа Р-10 самолет «Северский» справляется легко, почти не используя своей задней стрелковой точки».
Итак, значительно более тяжелый двухместный истребитель при практически равных по мощности двигателях (применявшийся в учебных боях И-16 имел мотор М-25 в 700 л.с.) опередил по всем параметрам советский одноместный истребитель. Причина крылась в хорошей аэродинамике американского самолета: коэффициент лобового аэродинамического сопротивления истребителя «Северский» Р-35 (идентичного самолету 2РА) был всего 0,0251, тогда как у И-16 эта величина составляла 0,035. Положительное влияние оказали несколько большая высотность двигателя, установленного на 2РА, и лучший КПД трехлопастного пропеллера.