По планам Та-3 предполагалось оборудовать новыми консолями с увеличенной площадью и уменьшенной (почти обратной) стреловидностью по передней кромке. Площадь крыла в этом случае возрастала до 28,1 м². За счет установки в консолях дополнительных бензобаков суммарная емкость топлива на борту достигала 1900 л. Однако ко времени отгрузки самолета в Москву новые консоли еще находились в производстве. Их изготовление рассчитывали завершить не позже 20–25 мая.
Планировалось, что Та-3 со старыми консолями (как у ОКО-6) пройдет в ЛИИ НКАП предварительные испытания (всего 7–8 полетов), затем будут установлены новые консоли увеличенной площади, после чего самолет передадут в НИИ ВВС для производства государственных испытаний.
В ходе предварительных испытаний предполагалось выполнить облет Та-3, определить качественные показатели устойчивости и управляемости самолета, а также провести испытания винтомоторной группы и полет при одном работающем моторе. Всю эту работу рассчитывали провести до 1 июня 1941 г.
Здесь следует сказать несколько слов о моторах М-88 и М-89. Оба мотора работали совершенно неудовлетворительно. Заводу № 29, несмотря на титанические усилия, не удавалось обеспечить требуемую эксплуатационную надежность. Занимавшийся доводкой моторов главный конструктор завода А.С. Назаров был арестован. Пришедший ему на смену С.К. Туманский вскоре был снят с должности. От ареста его спасло только заступничество А.А. Микулина, чей авторитет у руководства страны был высок. Новому главному конструктору завода № 29 Е.В. Урмину удалось справиться с основными дефектами только мотора М-88, а на М-89 сил уже не хватило, серийным мотор так и не стал.
5 мая 1941 г. самолет Та-3 2М-89 в разобранном виде прибыл в ЛИИ НКАП. К 10 мая самолет собрали и 12 мая в соответствии с программой заводских испытаний приступили к этапу наземных испытаний. Этап летных испытаний начался 18 мая и официально завершился 10 июля 1941 г. Ответственные исполнители: ведущий инженер по самолету В.Н. Елагин, ведущий летчик-испытатель Ю.К. Станкевич. Отчет по испытаниям был подготовлен (совместно с заводом № 483) 14 июля и утвержден начальником ЛИИ НКАП М.М. Г ромовым 21 июля.
По состоянию на 2 июня на Та-3 было выполнено четыре полета с налетом 3 ч 30 мин: один пробный полет, один полет на одном моторе, два полета на определение устойчивости и управляемости. Станкевич отмечал большие нагрузки на управление рулем высоты и недостаточную путевую устойчивость самолета. К этому времени в ЛИИ поступили улучшенные моторы М-89 с 50-часовым ресурсом, которые сразу же установили на самолет. Одновременно решили заменить руль высоты на новый с уменьшенной площадью и увеличенной аэродинамической компенсацией.
Установку новых моторов и руля высоты удалось завершить только к 9 июня. В полете на опробование винтомоторной группы моторы работали вполне нормально. Нагрузки на руль высоты на малых и средних скоростях уменьшились. Полеты на больших скоростях и пилотаж не производились.
К 16 июня было выполнено еще четыре полета с налетом 2 ч 20 мин. Нагрузки на управлении рулем высоты, по словам летчика и по снятым балансировочным кривым, нормальные во всем диапазоне скоростей. Поскольку пилотаж не проводился, то «окончательного мнения по нагрузкам управления» составить не удалось.
Замеренные расходы горючего оказались очень большие. Вместо часового расхода на один мотор 340 кг/ч на номинальной мощности получилось 440 кг/ч. Представители моторного завода сразу же начали колдовать над регулировкой карбюраторов. После устранения этого дефекта планировались полеты для определения расходов горючего и на пилотаж.
К этому времени программа предварительных полетов в основном была выполнена. Самолет можно было готовить к передаче в НИИ ВВС. Однако отсутствовали консоли с увеличенной площадью, с которыми Та-3 должен был быть предъявлен на государственные испытания. По этой причине решили расширить объем заводских испытаний. Была составлена соответствующая программа и направлена в НКАП для утверждения.
Одновременно, по инициативе Таирова, «так как летные испытания самолета Та-3 приближаются к окончанию, что в свою очередь ставит перед собой задачу скорейшего запуска машины в серию», на 3-й квартал 1941 г. были запланированы работы «по изготовлению серийных чертежей, мелких приспособлений и шаблонов».
В связи с началом войны, ранее сверстанные планы пришлось коренным образом пересмотреть. В частности, поскольку Та-3 2М-89 не очень сильно отличался от ОКО- 6бис (только по полетному весу и мощностью моторов), летную программу испытаний сократили: на скорость, скороподъемность, потолок, дальность самолет не испытывался.