Заводские испытания прототипа Ту-104 начались 11 июня 1955 года и продолжались до 12 октября 1955 года. Испытания проводил экипаж в составе: командир корабля — летчик-испытатель Ю. Т. Алашеев, второй пилот — Б. М. Тимошок, штурман — П. Н. Руднев, ведущий инженер — В. Н. Бендеров. От ОКБ ведущим инженером по Ту-104 назначили Б. Ф. Петрова, общее руководство темой, как и по Ту-16, осуществлял Д. С. Марков, впоследствии главный конструктор самолета.
Первый вылет опытный Ту-104 совершил 17 июня 1955 года. А 3 июля 1955 года, через две недели после первого вылета, Ту-104 уже был показан на авиационном празднике в Тушине!
В ходе заводских испытаний были получены данные, практически соответствовавшие заданным требованиям на самолет, за исключением длины разбега, но этот недостаток был вскоре исправлен за счет постановки на самолет более мощных двигателей АМ-3М. Самолет был рекомендован для передачи на государственные испытания.
Андрей Николаевич особенно гордился тем фактом, что летные данные новой машины практически соответствовали расчетным: он не раз подчеркивал это на всевозможных докладах, отчетах и конференциях. Это действительно было замечательным достижением, свидетельствовало о зрелости и научной состоятельности расчетной группы ОКБ.
Пока шли заводские испытания, харьковский завод готовился к серийному производству Ту-104. Работа по постановке в серию Ту-104 по напряженности ритма почти не уступала темпам Великой Отечественной войны. Менее чем через год после получения задания во вновь строящемся сборочном цехе завода заканчивали первый серийный Ту-104. Сборочный цех к тому времени еще стоял с незаконченной крышей. Над самолетом были построены временные ограждения.
Андрей Николаевич не раз бывал в Харькове, вникая, казалось, во все возникающие вопросы, а по умению решить вопрос быстро и решительно с ним мало кто мог сравниться.
Экипаж летчика-испытателя В. Ф. Ковалева 5 ноября 1955 года поднял первый серийный Ту-104 в воздух, за ним последовали еще две машины нулевой серии, к маю 1956 года эти машины были готовы к эксплуатационным испытаниям. В августе 1956 готова была готова первая машина головной серии, ее поднимал в воздух и проводил заводские испытания летчик-испытатель серийного завода Ф. Ф. Доценко. Началось полномасштабное производство Ту-104.
Государственные испытания первая опытная машина проходила в НИИ ВВС с 31 января по 15 июня 1956 года. Государственные испытания проводил экипаж во главе с А. К. Стариковым, до этого с успехом проведшим испытания Ту-16 и сделавшим очень много для того, чтобы и его пассажирский младший брат «встал на крыло». На испытаниях был проведен большой объем полетов, связанных с аварийными ситуациями: отказ одного из двигателей на взлете, аварийный слив топлива в полете, прерванный взлет, экстренное снижение с больших высот, определение характеристик срыва, проверка эффективности противообледенительных и других систем.
В ходе государственных испытаний 22 марта 1956 года опытный Ту-104 совершил полет в Лондон с председателем КГБ И. А. Серовым и группой дипломатических работников, готовивших визит Н. С. Хрущева и Н. А. Булганина в Англию.
Появление Ту-104 на Западе вызвало огромный интерес с оттенками паники в авиационных и иных кругах по ту сторону «железного занавеса». Западу стало ясно, что СССР не только освоил сложнейшие технологии в области самолетостроения, но по ряду важнейших направлений ушел далеко вперед и способен производить не только небольшие современные истребители (с ними потенциальный противник не так давно тесно познакомился в Корее), но может создавать и первоклассные пассажирские реактивные машины, а значит, уже производит современные реактивные бомбардировщики с большой грузоподъемностью.
Некоторые английские издания, традиционно стремясь затушевать успех Советского Союза, напечатали сообщения, что в Хитроу приземлился единственный самолет подобного типа, имеющийся у Советов. О дезинформации было доложено Хрущеву. Никита Сергеевич спросил:
— А сколько их у нас есть?
Было доложено, что построено еще четыре машины, из них две с необорудованными салонами.
— Давайте еще две сюда, — распорядился Хрущев, — надо заткнуть им пасть!
Эксплуатационные испытания первых двух серийных самолетов начались практически одновременно с проведением государственных испытаний опытного самолета. Эксплуатационные испытания проводились силами ГВФ при помощи Министерства авиационной промышленности, в них участвовали от ОКБ ведущие инженеры Б. Н. Гроздов и В. Н. Бендеров.