Постройка первого экземпляра В-8 была завершена к началу лета 1961 года, заняв тем самым почти три с половиной года — куда больше, чем потребовалось для реализации проекта Ми-4 и даже гигантского Ми-6. После отработки систем перешли к первым полетам на привязи — вернее, отрывам от земли на метр-другой, во избежание риска разбить опытную машину. Первый полет был выполнен под управлением летчика-испытателя Б.В. Земскова 24 июня 1961 года. Заводские испытания шли практически без замечаний. Машина удалась — в этом не было сомнений. М.Л. Миль по заведенному обычаю присутствовал почти на всех испытательных полетах. Участники испытаний знали о верности Главного летным традициям и приметам. Как и у многих старых летчиков, давней привычкой Миля был зарок — не держать при себе денег, пока машина в воздухе. Пока шла подготовка к испытательному полету, Миль выгребал всю наличность из карманов и отдавал кому-нибудь поблизости с наказом — спрятать подальше и не возвращать, пока полет не завершится.
При всех обнадеживающих результатах испытаний В-8 конструкторам было ясно, что дальше эта машина не пойдет. Перспективы всё настойчивее связывались с двухмоторным вариантом. В-8 даже не спешили передавать на совместные Госиспытания с заказчиком. Однако прототип сыграл немалую роль в продвижении всей разработки, будучи используемым для всякого рода демонстрационных целей. Уже двумя неделями после первого полета В-8 был представлен на показе новой авиационной техники и воздушном параде в Тушино. После этого он выставлялся на ВДНХ. Интерес к новой машине был настолько велик, что как-то Н.С. Хрущев воспользовался находившимся на выставке вертолетом в качестве конференц-зала, проведя в его салоне выездное заседание Политбюро ЦК КПСС. Следствием такой «пиар-компании» стало увеличение государственной поддержки программе.
В декабре 1961 года В-8 поступил на Госиспытания, хотя самими создателями его перспективы в качестве прототипа для серии оценивались весьма уступающими задуманному двухмоторному варианту. Заказчик также всё больше склонялся к двухмоторной машине, причем в качестве довода приводилась большая надежность такой схемы — как-никак, с повестки дня не снималось задание на представительский вертолет и речь шла о безопасности при использовании первыми лицами страны. В дальнейшем В-8 использовался ОКБ в качестве летающего стенда при отработке новых систем и агрегатов.
Вторая машина, собранная в ноябре 1961 года, даже не поднималась в воздух и на летные испытания не выводилась. Первоначально она предназначалась для прочностных и ресурсных испытаний, но её сразу же использовали в работах по переоборудованию под двухмоторную силовую установку. Макет двухмоторной машины был представлен на рассмотрение комиссии уже в начале 1960 года, еще до первого полета В-8. Поскольку двигателя требуемой мощности в стране не было, несколько авиадвигательных КБ получили задание на создание газотурбинного вертолетного двигателя мощностью 1250 л.с. Наиболее перспективным стало предложение ленинградского КБ- 117 под руководством С. П. Изотова. Этому же конструкторскому коллективу было поручено создание нового редуктора для двухвальной силовой установки. Постройка двухмоторного варианта вертолета под наименованием В-8А приобрела силу правительственного задания Постановлением Совмина СССР от 30 мая 1960 года, пока еще без отказа от выпуска одномоторного В-8.
Создаваемый двигатель ТВ2-117 являлся оригинальной разработкой, будучи изначально предназначенным для использования на вертолете (в отличие от прежних турбовальных двигателей ТВ-2ВМ и Д-25В, использовавшихся на Ми-6, которые были переделкой самолетных силовых установок). Новый турбовальный двигатель имел схему со свободной турбиной, позволявшей регулировать частоту вращения несущего винта в широком диапазоне, обеспечивая набор потребных режимов, от экономичных до максимальных, сочетая высокие несущие характеристики с большой дальностью полета. Особенностью силовой установки со «спаркой» двух двигателей являлась необходимость обеспечения их взаимосвязанной работы, для чего потребовалось внедрение соответствующего управления. Благодаря высоким качествам двигателей реальным было достижение поставленных задач по безопасности полета: так, при отказе одного двигателя мощности остававшегося было достаточно для продолжения полета вертолета без снижения.
ТВ2-117 был выполнен по схеме с десятиступенчатым осевым компрессором, прямоточной кольцевой камерой сгорания двухступенчатой свободной турбиной. Выхлопная труба была отклонена на 60° от оси двигателя для отвода потока газов от поверхности вертолета. На двигателе монтировался стартер- генератор постоянного тока с противовзрывным кожухом на искрящем узле. В конструкции использовались новые материалы и технологии, только осваивавшиеся авиапромом, включая вновь созданные марки сталей и титан в подверженных высоким температурным нагрузкам узлах.
Значительной проблемой при создании малоразмерного турбовального двигателя стала необходимость преодоления неприятного эффекта «парного вихря», присущего осевым компрессорам таких двигателям. При прохождении воздуха через проточную часть вследствие трения потока о стенки конструкции возникают завихрения на втулочном и периферийном радиусе лопаток компрессора. У мощных газотурбинных двигателей с их длинными лопатками вредное влияние вихрей локально и менее заметно, позволяя создать должный напор. Однако при небольших лопатках малоразмерных ГГД (особенно крохотных лопатках последних ступеней компрессора) вихри целиком охватывали всю их высоту, сводя расчетные режимы работы на нет и «съедая» к.п.д. до непозволительно малых значений. Известные решения конструктивной проблемы с осецентробежным компрессором выглядели громоздко, препятствуя намерению создать компактную силовую установку небольшой поперечной размерности.
