Строительство первого прототипа было завершено в 1968 году. Первый полёт, состоявшийся 27 июня 1967 года, закончился преждевременно из-за колебаний, вызванных проблемами с управлением. Один из комплектов основных колёс сильно ударился о землю, лопнула шина и погнулась ступица колеса. Причиной колебаний оказалось гармоническое усиление вибраций в полу кабины, которые передавались на штурвал при повороте. В западной прессе широко, но ошибочно сообщалось, что самолёт был уничтожен
Первый прототип, получивший регистрационный номер SSSR-21142, совершил свой первый полёт 10 июля 1968 года с заводской площадки в Панках до испытательного полигона ОКБ Миля в Люберцах. В феврале 1969 года первый прототип поднял рекордную нагрузку в 31 030 кг (68 410 фунтов) на высоту 2951 м (9682 фута).[4] 6 августа 1969 года V-12 поднял 44 205 кг (97 455 фунтов) на высоту 2255 м (7398 футов), что также стало мировым рекордом.
Второй прототип также был собран на экспериментальном заводе «Миля» в Панках, но целый год простоял в цеху в ожидании двигателей. Первый полёт он совершил в марте 1973 года из Панков на полигон лётных испытаний в Люберцах. Любопытно, что второй прототип также был зарегистрирован как SSSR-21142