Первый экземпляр, получивший обозначение СМ-12/1, выполнявший ранее программу испытаний с двигателями РД-9БФ и РД-9БФ-2, был оснащен новыми двигателями и отправлен на заводские летные испытания 21 октября 1957 г. Второй экземпляр, построенный на базе МиГ-19С №0915331 и получивший обозначение СМ-12/3, был переоборудован под двигатели РЗ-26 в сентябре-октябре 1957 г.
Самолет СМ-12/3 являлся эталоном для серийного производства и поэтому на нем выполнили полный объем всех конструктивных изменений. Аэродинамика самолета была улучшена, как и на СМ-12/1, за счет использования сверхзвукового диффузора с автоматически управляемым двухпозиционным конусом на входе в канал воздухозаборника, в связи с чем носовая часть фюзеляжа была удлинена на 670 мм.
Установка двигателей РЗ-26 потребовала также усилить продув хвостовой части фюзеляжа для предотвращения ее прогара из-за возросших температурных режимов.
С целью уменьшения шарнирного момента на валу стабилизатора его задняя кромка была выполнена отогнутой вверх на 3°. Установка электромеханизма аварийного привода стабилизатора АПС-4МД, вместо АПС-4, позволила увеличить скорость перекладки, стабилизатора с 4 град/с до 9 град/с и улучшить условия пилотирования на электроуправлении во время посадки. Движущий момент на валу стабилизатора возрос в 2,3 раза.
На трех фотографиях - СМ-12/1
На самолете также установили гидроусилители с полусвязанными золотниками БУ-14МСК и БУ-13МК вместо БУ-14МС и БУ-13М, а для повышения надежности провели доработку гидросистемы бустерного управления - исключили не продублированные участки гидросистем к бустерам и все резиновые шланги заменили стальными бесшланговыми соединениями.
Кроме того, СМ-12/3 оснастили радиодальномером СРД-5 "База-6" вместо СРД-1М. Остальное оборудование самолета и его агрегаты остались такими же, как и на серийном МиГ-19С.
Все вышеперечисленные доработки естественно привели к увеличению веса самолета, из-за чего конструкторам пришлось оставить на самолете только две крыльевые пушки НР-30 с боезапасом по 73 патрона, а удлинение носовой части фюзеляжа позволило также снять с них локализа-торы. Для сохранения центровки самолета СМ-12/3 на нем изменили установку балок для подвески блоков ОРО-57К, которые разместили в передней части крыла с целью смещения центра тяжести самолета вперед.
Взлетный вес самолета СМ-12/3 в результате проведенных конструктивных изменений, даже при снятой фюзеляжной пушке, увеличился по сравнению с взлетным весом серийного МиГ-19С на 84 кг. При этом центр тяжести СМ-12 все же сместился назад на 3,1% САХ.
В ноябре-декабре 1957 г. на обоих самолетах была выполнена обширная программа по отработке опытных двигателей РЗ-26, а также программа заводских летных испытаний. Кроме того, до проведения государственных испытаний на самолете СМ-12/1 были проведены контрольные испытания двигателей РЗ-26 (27 полетов). За время заводских испытаний пушечное и реактивное вооружение самолета не проверялось.
Для переоборудования в третий экземпляр - СМ-12/4, истребитель МиГ-19С №0915334 был поставлен на завод №155 в первых числах октября 1957 г. На нем, в соответствии с принятым решением МАП и ВВС, выполнялись дополнительные работы по устранению недостатков выявленных во время заводских летных испытаний самолетов СМ-12/1 и СМ-12/3. К концу года самолет находился в стадии окончательной сборки (техническая готовность на 1 января 1958 г. составила 82%). Правда, в дальнейшем самолет переоборудованием закончен не был, так как в связи с относительно успешным прохождением государственных летных испытаний первыми экземплярами надобность в третьем отпала. Однако на этом его судьба не закончилась, но об этом чуть позже.
19 декабря 1957 г. СМ-12/3 и СМ-12/1 были предъявлены в ГК НИИ ВВС на государственные летные испытания с целью снятия основных летно-технических данных и определение возможности принятия самолета СМ-12 на вооружение ВВС. В соответствии с приказом Главкома ВВС, ГК НИИ ВВС 15 апреля 1958 года представил предварительное заключение о возможности запуска самолета СМ-12 в серийное производство.
Государственные испытания самолетов СМ-12/3 и СМ-12/1 проводились по приказу Главнокомандующего ВВС № 0048 от 20 марта 1958 года в период с 17 марта по 27 августа 1958 г. Ответственными за их проведения назначили ведущего инженера К.М. Осипова, летчиков-испытателей Л.М. Кувшинова, С.А. Микояна и B.C. Котлова.
В качестве основного самолета на госиспытания ОКБ-155 предъявило истребитель СМ-12/3, так как на нем был выполнен весь комплекс конструктивных изменений. Самолет СМ-12/1 передали в ГК НИИ ВВС для испытаний двигателей и определения отдельных летных характеристик в целях сокращения объема испытаний СМ-12/3.
СМ-12/3
На СМ-12/1 не были установлены прицел и радиодальномер, не дорабатывалась подвеска ОРО-57К, установлены ответчик "Барий-М" (вместо "Хрома") и серийные бустеры БУ-14МС и БУ-13М, кроме того, на нем было введено ограничение по времени работы двигателя на форсаже (2 мин) при полетах на числах М более 1,5. В связи с этим на самолете СМ-12/1 по программе государственных испытаний не выполнялись полеты на отстрел оружия, на проверку устойчивости и управляемости, на максимальные скорости и ряд других полетов.