При изготовлении головной машины (№ 01147), пока в трехместном варианте, учли пожелание заказчика, изменив остекление передней кабины. Ее первый полет состоялся 30 июля (летчик Ф. Мокин), но неудачно. На взлете, как следует из аварийного акта, самолет зацепил колесами земляной вал у Лиговского канала. Перемещая РУД вперед, летчик непроизвольно отдал штурвал от себя, и машина, опустив нос, ударилась шасси о землю. Тем не менее летчик, не зная о разрушении шасси, сделал круг над аэродромом и пошел на посадку.
Радиосвязи с самолетом тогда не было, как не было и бинокля у руководителя полетами, чтобы разглядеть степень разрушения шасси. В итоге полет завершился серьезной поломкой машины и травмой пилота. После восстановления самолета испытания продолжили, но беда, как известно, не приходит одна, и в декабре 1940 года при посадке на рыхлый снег самолет скапотировал. Какова судьба этой машины, неизвестно, но заказчику ее не передавали, и можно предположить, что самолет так и остался невостребованным, «доживая» свои дни на стоянке. Тем более что на испытания выходил доработанный двухместный вариант УТ-3.
В новой машине, обозначенной как С-17, мало что осталось от предшественника. Так, экипаж сократили с трех до двух человек, расположив сиденье учлета (курсанта) впереди, а инструктора — за ним в общей кабине. На машине уменьшили объем топливных баков, демонтировали все вооружение, шасси с колесами размером 600×180 мм сделали неубирающимся с увеличенным ходом амортизаторов основных опор (до 300 мм вместо 110 мм) и удлинили моторамы (на 150 мм). Костыль — ориентирующийся на 360 градусов, с увеличенным на 70 мм ходом амортизатора.
Все это в совокупности позволило сместить положение центра тяжести машины вперед с 27,63 % до 23,8 % средней аэродинамической хорды (САХ).
Крыло установили под углом +3 градуса вместо нулевого, а стабилизатор — +2 градуса вместо -30 минут.
Кроме этого, на машине поставили моторы МВ-6А с приводами Р-2 для автоматической регулировки углов установки лопастей винтов АВ-3. Поставили новые водорадиаторы диаметром 150 мм вместо 100 мм. Входные отверстия тоннеля для подвода воздуха, охлаждавшего моторы, увеличили, а жалюзи на выходных щелях капотов сделали регулируемыми.
Посадочные щитки стали сплошными, причем их площадь возросла. Щитки могли отклоняться на угол 36 вместо 50 градусов у предшественников на посадке, а на взлете — на 14 градусов, чего не было раньше. Управление щитками осуществлялось с помощью пневматического привода вместо электрогидравлического.
Тогда же изменили конструкцию педалей, сделав их регулируемыми под рост летчика.
На этот раз нареканий на самолет было значительно меньше. В отчете по результатам государственных испытаний было записано:
«Модифицированный самолет УТ-3 2МВ-6А удовлетворяет требованиям к учебно-тренировочному переходному двухмоторному самолету по своим полетным свойствам <…> монопланной схеме, наличию винтов-автоматов, посадочных щитков, тормозных колес, триммеров рулей высоты и поворота и размещение ученика и инструктора под одним общим фонарем, обеспечивающим непосредственную связь между ними».
В заключение отчета, подписанного начальником НИИ ВВС И. Ф. Петровым 30 мая, говорилось: «Одобрить, намеченные главным конструктором самолета основные мероприятия по улучшению обзора и условий работы экипажа: переделка носовой части фюзеляжа, установка фонаря новой конструкции, расширение кабины самолета на 300 мм, перемещение заднего сиденья вперед на 250 мм». Но этому, а также серийному выпуску машины помешала война.
Как следует из Акта по приему и сдаче дел НИИ ВВС от 24 мая 1941 года, руководство института потребовало оснастить УТ-3 стрелковым и бомбардировочным вооружением, а также радиооборудованием, почти полностью аналогичным самолету СБ, что являлось «совершенно бессмысленным и привело лишь к перетяжелению, ухудшению летных качеств и снятию с серийного производства остро необходимого воздушному флоту двухмоторного учебного самолета».
С этим нельзя не согласиться, поскольку в данном случае военные слишком многого захотели получить от самолета с маломощными двигателями.