Двухлонжеронные крылья обтягивались полотном. Верхнее крыло имеет автоматические предкрылки по всему размаху, щелевые закрылки и элерон-закрылки. На нижнем крыле имеется лишь щелевой закрылок. Фюзеляж самолета — цельнометаллический полумонокок балочнострингерного типа. Шасси — неубирающееся, трехопорное с хвостовым колесом. Кстати, Антонов приложил немало усилий, чтобы ускорить создание Ан-2, стараясь по возможности использовать готовые изделия, пылившиеся на складах у военных. Так, колеса основных опор шасси заимствовали от штурмовика Ил-2, а хвостовое — от бомбардировщика Ту-2.
Заводские испытания самолета показали, что его потолок получился ниже, а скорость — выше заданной. В целом СХА-2 соответствовал требованиям, предъявлявшимся к грузовой машине, и в октябре самолет предстояло передать на государственные испытания в НИИ ВВС, находившийся в Подмосковье. Край не близкий, и многим казалось, что лучше разобрать машину и отправить ее в столицу по железной дороге. Однако Володин, уверенный в самолете, был другого мнения и предложил перегнать «СХА» своим ходом, а заодно продемонстрировать специалистам ГВФ и ВВС его возможности. Был, конечно, и риск, но уверенность летчика убедила Антонова.
10 октября самолет отправился в первый свой перелет, проходивший через Омск, Свердловск, Казань и Арзамас. Три дня спустя самолет приземлился на аэродроме НИИ ВВС в Чкаловской. Государственные испытания начались во второй половине декабря после устранения дефектов и замены мотора. Государственные испытания первого прототипа в десантно-транспортном варианте завершились в марте 1948 года, а спустя четыре месяца — и второго СХА, на этот раз настоящего сельскохозяйственного, но с мотором ALU-21, проходившие в НИИ ГВФ (летчик Г. И. Лысенко, ведущий инженер Н. М. Засимко и бортмеханик А. В. Ильин).
23 августа того же 1948 года машину с мотором ALU-62ИР приняли на вооружение ВВС и снабжение ГВФ под обозначением Ан-2. Постановлением правительства предусматривался выпуск самолетов в пассажирском, санитарном, десантно-транспортном и сельскохозяйственном (с аэропылом) вариантах.
В 1949 году в НИИ ГВФ были проведены испытания самолета СХА-3 с модифицированной сельскохозяйственной аппаратурой.
В марте 1948 года серийное производство Ан-2 поручили заводу № 473 в Киеве. От принятия этого решения до подъема в воздух 8 сентября первой серийной машины в транспортном варианте прошло чуть больше года. В начале 1950 года завод сдал заказчику головную серию самолетов, и третий экземпляр из них 28 февраля предъявили на контрольные испытания в НИИ ВВС (ведущий летчик-испытатель В. П. Борошенко). Несмотря на то что машины покидали сборочный цех серийного завода, специалисты Научно-испытательного института еще не могли дать ответ на вопрос: какой из воздушных винтов — В-509А-Д7 с саблевидными или АВ-9Н-21 с прямыми лопастями — наиболее приемлем для нее?
Контрольные испытания показали явное преимущество саблевидных винтов перед АВ-9Н-21. Самолет получился на 53 кг легче, да и высотно-скоростные характеристики, хотя и не намного, но были выше. В итоге серийное производство продолжилось с саблевидными винтами.
Серийные самолеты отличались от опытных противообледенительной системой воздушного винта и стекол кабины пилотов. Увеличили площади киля и элеронов (за счет хорды), изменили поперечное «V» крыла. Были и другие доработки, улучшившие характеристики самолета.
Серийные самолеты, предназначенные для аграриев, получили обозначение Ан-2СХ. Головной экземпляр такого самолета с аппаратурой опрыскивателя и рассеивателя удобрений был построен в августе 1950 года и осенью испытывался в НИИ ГВФ, после чего был возвращен в ОКБ-153 для доработок оборудования. Испытания продолжили в мае следующего года, при этом опрыскивали сады, виноградники, зерновые культуры, рисовые плантации и прочие сельскохозяйственные угодья. В итоге самолет рекомендовали для серийного производства.
Тем временем в сельскохозяйственную авиацию самолеты начали поступать с начала 1951 года, но без аппаратуры для опрыскивания и рассеивания удобрений. В частности, в красноярское управление ГВФ поступили самолеты с опознавательными знаками СССР — А2597, А2601, А2630 и А2637, но использовались они не для борьбы с вредителями и для подкормки растений, а для других целей. А одна из них (СССР — А2597) и вовсе пропала без вести.
Во время эксплуатации в 1951 году в Красноярске на Ан-2 выявили свыше 12 дефектов и недостатков, в том числе и опасных для полета: перегрев мотора при температуре наружного воздуха 25 градусов и более, вибрация стабилизатора и передних лент расчалок полукоробок крыльев, тенденция разворота самолета влево.