После испытаний и доработок, призванных улучшить управляемость, в сентябре 1930 года вертолет впервые взлетел без ограничителей. Черемухин вспоминал: «Понемногу прибавляю газ моторам. Вращение винтов становится быстрее, и аппарат начинает как бы облегчаться и отделяться от земли. Еще газу. Аппарат поднялся на 3—4 метра и как бы остановился на этой высоте, все время покачиваясь со стороны на сторону, но поддаваясь управлению. Попробовал чуть убавить газ — аппарат снизился и повис над землей. Опять прибавил газу и, поднявшись на несколько метров, продержался некоторое время над землей, стараясь почувствовать и понять, как реагирует машина на движение ручки управления, что трясется и как держать обороты мотора. После этих нескольких напряженных минут — спуск на землю, мягкий, почти без толчка. Сразу сбрасываю газ, выключаю моторы и слезаю на землю под радостные возгласы одобрения группы работников нашего коллектива...»
Когда вертолет стал принимать более-менее законченный вид, аэродром посетил М.Н. Тухачевский. А.М. Черемухин поднял машину для демонстрационного полета и, набрав высоту 10—15 метров, перешел в горизонтальный полет по направлению к границе аэродрома. Еще поднявшись до 30—35 метров, он повернул, и обошел аэродром по периметру. Затем вернулся к центру аэродрома и опустился на нанесенный заранее краской круг.
Тухачевскому машина понравилась, и он предложил пустить ее в серию.
«Первый блин» оказался отнюдь не комом. 1 августа 1932 года машина поднялась на 160 метров, 3 августа — на 230, 5 августа — на 285. День 14 августа стал очень волнующим — конструктору удалось поднять свою машину на очень большую высоту, но вертолет внезапно стал раскачиваться. Благополучно сесть на аэродром было непросто — но зато каким получился результат! 605 метров высоты! Это при том, что официальный мировой рекорд, поставленный на геликоптере «Асканио», составлял в то время 18 метров. К сожалению, условия секретности не позволили заявить тогда о советском приоритете.
У рекордного аппарата 1-ЭА был дублер, который назывался 3-ЭА, а после доработки получил название 5-ЭА. С 1930 по 1938 год Черемухин провел 375 испытаний, из них 64 — в свободном полете.
Как выяснилось, решение конструктора самому испытывать аппарат оказалось правильным. Оно спасло, по крайней мере, одну жизнь. Однажды из-за недостаточно жесткого крепления одну лопасть оторвало, и только инженерное чутье позволило испытателю выбрать правильный режим спуска.
В 1933 году А.М. Черемухин прибавил к царским наградам орден Красной Звезды.
Накопленный при проектировании опыт был использован в создании 11-ЭА. Занимался конструктор также и автожирами, представлявшими собой что-то вроде гибрида самолета и вертолета. В ноябре 1931 года в воздух поднялся первый советский автожир, 2-ЭА. После того, как был создан второй автожир, А-4, в Киеве началось серийное производство этой машины. Принимал участие конструктор и в создании автожиров А-6 и А-8. Создатель вертолетов М.Л. Миль позднее говорил: «Алексей Михайлович стоял по существу у колыбели современных вертолетов не только как конструктор 1-го геликоптера, — он руководил развитием автожиров, которые мы тогда проектировали. Мы у него научились всему тому, что мы сейчас умеем».
В феврале 1937 года решением ВАК А.М. Черемухину было присвоено звание доктора технических наук без защиты диссертации. А в середине ноября 1937 года его уволили из ЦАГИ.
А.М. Черемухина освободили от работы, но поначалу не арестовали. Скрывая от домашних, что он уволен и что на него готовят «дело», он уходил рано утром и бродил по городу. Это продолжалось на протяжении полутора месяцев. 4 января 1938 года его арестовали.
Л. Будумян, школьный приятель сына Черемухина Юры, вспоминал:
«Точно не помню, но, кажется, в самом начале 1938 года я позвонил по телефону на квартиру к Черемухиным, но почему-то трубку никто не взял. Так продолжалось в течение всего дня. На телефонные звонки никто не отвечал. Вечером я пошел на квартиру к Юре. Дверь очень осторожно открыла Нина Федоровна и, увидев меня, быстро впустила, закрыла дверь и, положив голову мне на плечо, горько заплакала. Показала на портьеры на дверях кабинета Алексея Михайловича, которых раньше не было. Отодвинув портьеру, она указала мне на печать, которой была опечатана дверь. Вот, оказывается, почему никто не подходил к телефону. Ведь он был в опечатанном кабинете.
Когда в доме, кроме нас с Юрой, никого не было, мы решили перенести телефонный аппарат из кабинета в коридор. Помогло то, что над опечатанной дверью была узкая застекленная со стороны коридора фрамуга, которая крепилась к дверной коробке изнутри комнаты, двумя гвоздями. Закрыв двери на все замки, мы начали работу: Юра, встав на стулья, снял два крайних стекла (их было три) и фрамугу и передал мне. Через образовавшийся проем над дверью Юра перенес стремянку в кабинет, прочно установил ее и залез в опечатанную комнату. Сняв телефонный аппарат и проводку в кабинете, взяв кое-какие вещи и книги, он, передав их мне, быстро вернулся в коридор, вытащил стремянку, установил на место фрамугу, поставил на старое место стекла. Затем аккуратно проложил телефонный провод по стене к правой стороне двери и укрепил телефонный аппарат. Во время этой работы мы, конечно, очень волновались, но, на наше счастье, нам никто не помешал, и мы успешно справились с этой, необычной для нас работой. Через некоторое время в бывший кабинет Алексея Михайловича вселили семью какого-то работника НКВД, но телефон был уже общий.