Перехватчики установочной партии начали летать с 1966 г. — Е-155П-3, Е-155П-4, Е-155П-5, Е-155П- 6, Е-155П-10 и Е-155П-11 базировались на аэродроме ГНИКИ ВВС в Ахтубинске, остальные (Е-155П-7, Е-155П-8 и Е-155П-9) — на ЛИС фирмы в Жуковском. РЛС «Смерч-A» установили на Е-155П-3, а первым полностью укомплектованным самолетом стал лишь Е-155П-6.
После успешного завершения этапа «А» совместных Госиспытаний приступили к этапу «Б», предполагавшему два подэтапа. «Б-0» завершился в 1968 г. выдачей предварительного заключения о возможности начала серийного производства перехватчика. На этапе «Б-1» были выполнены 161 зачетный полет в Ахтубинске и 51 — в Жуковском, в числе которых — 116 полетов на отработку систем с пусками ракет. В качестве «целей» использовались Е-155П-10, Е-155П-11, а также Су-9, МиГ-17, МиГ-21, Як-25РВ. Ту-16, Ту-22 и Ил-28.
Всего же в процессе испытаний в Ахтубинске Е-155П было выполнено 1291 полетов, из них по программе — 693 (зачетных — 353), 105 реальных ракетных атак по 33 мишеням типа Ил-28М, М-21 (переоборудованному в мишень МиГ-21), Ту-16М, Як-25РВ-Н, КРМ. В Жуковском выполнили 170 полетов.
Сухое перечисление цифр, конечно, не дает представления о масштабе и сложности проводившихся работ. Не все шло гладко. Например, при перегрузке в 5 единиц отклонение консолей достигало 70 см с последующим реверсом элеронов, приводившим к потере управляемости. Пришлось ограничить максимальную скорость полета до М=2,83. 30 октября 1967 г. при попытке установления рекорда скороподъемности на Е-155П-1 разбился ведущий летчик-испытатель ГНИКИ ВВС И. И. Лесников. 26 апреля 1969 г. на Е-155П-11 погиб командущий авиацией ПВО генерал А. Л. Кадомцев: сразу после взлета возник пожар одного из двигателей…
Новое не дается легко. К концу 60-х годов управляемость на больших скоростях была, в основном, отработана за счет применения дифференциально отклоняемого стабилизатора и дополнительной рулевой машинки. Перехватчик четко слушался рулей на приборной скорости до 1300 км/ч, и доработку внедрили в серию. Спустя же короткое время из частей стали поступать сведения о летных происшествиях, причину которых никто тогда понять не мог.
Первым разбился летчик Майстренко из Центра боевой подготовки авиации ПВО. Во время подготовки к очередному показу на аэродроме Кубинка, 30 июня 1969 г., самолет на малой высоте перевернулся и врезался в землю. Через несколько лет произошла катастрофа МиГ-25, который пилотировал очень опытный военный летчик-испытатель Кузнецов.
Все это заставило провести дополнительные испытания. Полеты проводил наиболее опытный летчик-испытатель ЛИИ О. Гудков. Увы, и его постигла та же участь. В одном из полетов, 4 октября 1973 г., его самолет, перейдя на малой высоте в неуправляемое вращение, упал на территории Раменской текстильной фабрики.