Шеф-пилот Герой Советского Союза В.С. Ильюшин вместе с заслуженным штурманом СССР Н.А. Алфёровым поднял Т-4 в воздух. Полёт продолжался 40 мин. На изделии 101 был проведён первый этап лётных испытаний, включавший в себя 9 полётов. Было установлено, что взлётно-посадочные характеристики, время разгона и удельный расход топлива хорошо согласуются с расчётными данными; самолёт обладает хорошей устойчивостью и управляемостью. В девятом испытательном полёте машина перешла звуковой барьер, показав число М=1,28 на высоте 12100 м. 22 января 1974-го состоялся первый полёт (десятый по счёту) второго этапа лётных испытаний. В нём Т-4 достиг высоты 12000 м и скорости 1,36 М. На втором этапе предполагалось довести скорость до 3000 км/ч (М = 2,8) с максимальной взлётной массой 128 т и начать испытания «102» - машины со штатным комплектом радиоэлектронного оборудования. Но к марту 1974-го всё приостановилось. Общий налёт «101» составил 10 ч 20 мин.
