В течение 1959 года было изготовлено несколько опытных образцов. К осени 1960 года машины успешно прошли полигонные испытания. Комиссия, проводившая их, рекомендовала принять танк на вооружение. Эффективность пушки У-5ТС была выше, чем у прародительницы — 100-мм противотанковой гладкоствольной пушки Т-12. Снаряды имели хорошую баллистику и все опасения конструктора В. В. Яворского оказались напрасными.
Помимо гладкоствольной пушки «изюминкой» нового танка стала цельнолитая башня. Танки семейства Т-54/55 имели литые башни с вварными катаными крышами, основания люков крепились к крыше болтами. Все это были, с точки зрения снарядостойкости, ослабленные зоны. По техусловиям броня башни «держала» бронебойный снаряд на расстоянии полутора калибров от сварного шва или болтового соединения. На новую машину решили попробовать установить полностью литую башню. Идеологом этого решения был заместитель главного конструктора УВЗ И. С. Бушнев, до 1957 года возглавлявший бюро вооружения и башни. В свое время он принимал участие в разработке литой башни танка Т-34. Непосредственное проектирование башни вел конструктор Ф. Ю. Беркович. Месяца через три изготовили ее первый опытный экземпляр. О том, как проходили испытания обстрелом, написал в своих воспоминаниях Ю. П. Костенко: «Испытания обстрелом по серийной программе проводил военпред. Он мелом наносил крест на поверхности башни в точке, в которую надлежало делать выстрел, проверял курсовой угол, под которым в соответствии с ТТТ башня была установлена по отношению к орудию, из которого производился выстрел, и командовал стрельбой. Я присутствовал при обстреле всех трех башен,[1] но четко запомнил только заключительный этап испытаний третьей башни. Испытаниями этой башни руководил майор Белянский. Военпредом он работал давно, свое дело знал до тонкостей, испытания провел четко. Но программа обстрела серийной башни не предусматривала стрельбу по вварной крыше и по основаниям люков, прикрепленных болтами к башне. Это были ослабленные зоны. У цельнолитой башни этого не было, следовательно, Белянский должен был проверить броневую защиту и крыши, и люков.
Закончив обстрел по программе, мы с Белянским тщательно осмотрели все вмятины на броне и окончательно убедились, что башня эту часть испытаний выдержала. Молча мы простояли минуту, а может, и больше. Белянский в правой руке держал кусок мела и смотрел на крышу башни. Затем его рука легла на переднюю часть крыши, и мел коснулся брони в той точке, где на серийной башне сходились три сварных шва и в которую никогда не стреляли. Не отрывая руки от башни, Белянский обернулся и прямо глянул мне в глаза. Я понял его немой вопрос. Но он задал его вслух: «А сюда стрелять можно?» Я ответил утвердительно. Он аккуратно нанес мелом крест, и мы пошли к орудию. Белянский сам навел и сам произвел выстрел. Снаряд точно попал в крест, оставил в броне след глубиной 6–7 мм и длиной 200 мм и срикошетировал. Внутри башни ни сколов брони, ни трещин не было. Второй выстрел, также с моего согласия, Белянский произвел по основанию люка командира. За эту точку я не опасался, и она неожиданностей не принесла.
Так была создана полностью литая башня будущего танка Т-62».
В ходе испытаний «объекта 166» выявилось одно обстоятельство. При требуемом темпе стрельбы загазованность боевого отделения вдвое превышала норму. Чтобы снизить ее, конструкторы Ю. А. Ковалев, В. М. Быстрицкий, Е. Е. Кривошея и Ю. С. Цыбин предложили внедрить механизм выброса стреляных гильз. Принцип его работы был таким: экстрактируемая гильза (а для пушки У-5ТС использовались два типа гильз — стальная массой 7,95 кг и латунная массой 8,45 кг) попадала в ловушку механизма выброса, в задней части башни открывался специальный люк и гильза пружиной выбрасывалась наружу, после чего люк закрывался. При выстреле во время отката пушки механизм взводился для очередного броска. Испытания показали, что это устройство позволило сократить загазованность в танке более чем в два раза и избавило экипаж от необходимости укладывать гильзы на место использованных выстрелов.