Первыми в октябре 1959 г. завод № 183 изготовил два опытных образца танка «Объект 165», которые в период с 4 ноября 1959 г. по 14 апреля 1960 г. прошли заводские испытания с целью проверки надежности работы и качества монтажа узлов и агрегатов. Стационарные и ходовые испытания провели в опытном цехе и танкодроме завода, а испытания стрельбой — на Уральском артиллерийском полигоне.
Результаты заводских испытаний выявили наличие конструктивных недостатков в ходовой части, механизме выброса стреляных гильз, стабилизаторе «Комета» и ряде других узлов. По согласованию с ГБТУ испытания опытных образцов после 4000 км были прекращены. После устранения недостатков танки предлагалось восстановить и продолжить дальнейшие испытания.
В период с 5 по 27 января 1960 г. на НИИБТ полигоне испытали обстрелом броневой корпус и башню танка «Объект 165». Испытания прошли в два этапа с производством 48 выстрелов по корпусу и башне. Конструктивные отверстия и зазоры в корпусе и башне подвергли обстрелу пулями калибра 7,62 и 12,7 мм. Выяснилось, что противоснарядная стойкость корпуса и башни соответствовала утвержденным ТТТ на разрабатываемый танк. По сравнению с Т-55 броневая защита верхнего лобового листа корпуса и лобовой проекции башни танка «Объект 165» оказались почти равны: ударная вязкость кондиционного поражения составляла 855 и 830 м/с соответственно. Характер поражений брони — вязкий. Отколы, расколы и другие хрупкие поражения отсутствовали. Противоснарядная стойкость бортовых защитных планок танка «Объект 165» хотя и была несколько выше, чем стойкость аналогичных планок Т-55, при обстреле под курсовыми углами ±90° и более оказалась несколько ниже стойкости бортов.
Прочность крепления башни на корпусе признали неудовлетворительной. К концу первого этапа испытаний (после шести попаданий по башне) все болты крепления (за исключением двух) разрушились. Поворотный механизм башни после первого попадания по башне также вышел из строя. Кроме того, была установлена недостаточная прочность крепления в башне следующих узлов: электромашинного усилителя, механизма выброса гильз, стопора башни, а в корпусе — прочность крепления крышек смотровых приборов механика-водителя и ненадежность в работе привода жалюзи. Прочность сварных швов корпуса в целом — удовлетворительная.
Тем не менее изготовление крыши башни путем ее отливки за одно с корпусом значительно повысило конструктивную прочность башни и было признано вполне оправданным.
Обстрел пулями командирской башенки показал, что при их попадании в погонное устройство происходило его заклинивание, а через отверстия для боковых приборов наблюдения и зазоры в крышке люка свинцовые брызги и осколки проникали внутрь башни.