К середине 1959 г., преодолев множество различных технических и организационных проблем, ОКБ-49 передало чертежи турбовинтового самолета-амфибии опытному производству. Первый экземпляр помогал строить таганрогский авиационный завод № 86 (в то время его директором был С.М. Головин, главным инженером — А.Б. Катькалов), в цехах которого строился корпус лодки. Все остальные работы: изготовление крыла, оперения, мотогондол, монтаж агрегатов и общая сборка самолета — легли на плечи опытного производства ОКБ-49, возглавляемого главным инженером К.И. Паниным и начальником производства Н.К. Гавранеком.
30 июня 1960 г. первый опытный самолет-амфибия Бе-12 был закончен постройкой и передан на летно-испытательную станцию (ЛИС) для проведения заводских летных испытаний. После наземной отработки систем 18 октября 1960 г. состоялся первый полет. Машину поднял в воздух экипаж в составе командира корабля летчика-испытателя Г.И. Бурьянова, второго летчика-испытателя Н.И. Сапачева, штурмана В.М. Богача и радиста Г.В. Галяткина. Техником самолета назначили С.И. Кондратенко.
Во время испытаний проявились конструктивные дефекты, в том числе и достаточно серьезные. Из-за выявленной в полете низкой критической скорости флаттера крыла на консолях пришлось ставить противофлаттерные грузы. В декабре провели ряд мелких усовершенствований конструкции, а в мае 1961 г. пошли на первую значительную доработку лодки, изменив конструкцию первого редана. Это позволило значительно снизить продольные колебания, иногда возникавшие на скоростях глиссирования 60—120 км/ч.
Вскоре по решению правительства испытания пришлось приостановить и перегнать машину в Москву для участия в авиационном празднике в Тушино, который состоялся 9 июля 1961 г. Именно здесь широкая публика впервые увидела в полете новый противолодочный самолет, за которым прочно закрепилось название «Чайка». Не обошли Бе-12 своим вниманием и за рубежом. После тушинского показа самолет получил кодовое имя НАТО «Mail».
После возвращения Бе-12 в Таганрог испытания продолжились. С 19 июля 1961 г. начались совместные с комиссией заказчика государственные испытания. При взлетах с неспокойной водной поверхности выявилась значительная проблема. Лопасти винтов при попадании воды недопустимо повреждались — их концы деформировались и покрывались эрозией. В сентябре самолет вновь поставили на доработку. По обоим бортам в носовой части лодки, у скул, от 8-го до 15-го шпангоутов появились дополнительные брызгоотражатели шириной 200 мм.
Испытания подтвердили некоторую эффективность этой меры. Но для радикального решения вопроса с заливаемостью винтов требовалось увеличить расстояние между водной поверхностью и зоной, ометаемой винтами. Добиться этого можно было только перестановкой мотогондол на верхнюю часть крыла. Это проделали на втором опытном самолете.
После устранения выявленных дефектов испытательные полеты показали, что аэрогидродинамическая компоновка самолета, его устойчивость и управляемость отвечают необходимым требованиям. Это лишний раз подтвердилось в одном из полетов, завершившимся вынужденной посадкой на воду.
В тот день самолет летал по замкнутому маршруту Таганрог — Керчь — Таганрог. Измерялась дальность полета при высоте 100 м. Командиром корабля был летчик-испытатель П.П. Бобро, вторым летчиком — представитель НИИ ВВС майор Е.А. Климов. При очередном подлете к Таганрогу заглох правый двигатель — прекратилась подача топлива. П.П. Бобро немедленно запросил разрешение на посадку, затем спланировал, на высоте 12–15 метров выключил левый двигатель, а потом благополучно посадил машину.
Свои действия летчик объяснил так: «Я подумал, что при приводнении и увеличении угла атаки при этом остатке топлива может оголиться топливный карман в баке и винт войдет в авторотацию, а не во флюгер, что сильно осложнит саму посадку. Уж лучше садиться без помех от винтов».
П.П. Бобро очень хотелось добиться при испытаниях на дальность максимального результата, поэтому он, поддавшись соблазну, пренебрег указанием производить посадку непременно с наличием минимально необходимого остатка горючего. Хорошо еще, что все закончилось благополучно, но некоторые неожиданные выводы из случившегося сделали конструкторы.
Больше года первый опытный Бе-12 проходил летные испытания. Экипаж неплохо освоил машину, и постепенно очередной полет становился заурядным событием. Но 24 ноября 1961 г. во время испытательного полета над Азовским морем, вблизи г. Жданова (ныне Мариуполь), опытный самолет Бе-12 потерпел катастрофу и затонул.
Ошеломляющая весть застала Г.М. Бериева в кабинете. Не теряя времени, он вместе с А.К. Константиновым и другими сотрудниками отбыл в Жданов, в больницу, куда были помещены двое оставшихся в живых членов экипажа: второй пилот В.Г. Панькин и бортрадист В.П. Перебайлов. Открыв дверь больничной палаты, главный конструктор с порога услышал голос В.Г. Панькина: «Георгий Михайлович, машина не виновата, во всем виноваты мы!..»
Трагедия произошла при следующих обстоятельствах. На высоте 3000 м требовалось выключить один двигатель, пролететь на другом с различными эволюциями, запустить остановленный двигатель, выключить работавший ТВД и повторить задание, а затем на двух работающих двигателях вернуться на аэродром. Надо сказать, что подобное экипаж выполнял не первый раз. Однако в этот раз все произошло не так, как обычно.
Выполняя задание, В.Г. Панькин выключил правый двигатель и после выполнения режима стал его запускать. АИ-20 вышел на обороты запуска, но возгорания топлива не произошло. Второй летчик сделал еще несколько попыток запустить двигатель, но безрезультатно. Тогда командир П.П. Бобро решил сам запустить непокорный мотор. Передав управление самолетом Панькину, он нажал на кнопку флюгирования воздушного винта…
Трудно сейчас объяснить, почему опытнейший летчик-испытатель П.П. Бобро ошибся, но он нажал кнопку флюгирования левого двигателя и остановил его! Машина перешла в режим планирования. В наступившей тишине поверхность моря быстро приближалась. Почувствовав состояние Бобро, штурман Антонов предложил: «Командир, давай садиться без двигателей, опыт у нас уже есть!» «Нет, попробуем еще!» — ответил тот и стал пытаться запустить левый АИ-20.
Винт вышел на авторотацию, что резко увеличило сопротивление. Скорость упала. Панькин изо всех сил давил левой ногой на педаль управления рулем поворота, парируя разворот, а штурвал полностью выбрал на себя, чтобы нос машины не врезался в воду. Но самолет просел и, с большой силой ударившись о воду, раскололся на две части и затонул.
После нескольких попыток Панькину удалось, находясь под водой, открыть крышку люка и всплыть. Перебайлов плавал рядом. Держась за торчащие из воды части самолета (глубина моря в этом месте небольшая), дождались подошедшего к ним небольшого рыбацкого сейнера. Подобрав двоих и покружив у места гибели самолета еще минут тридцать, рыбаки, не найдя других членов экипажа затонувшего самолета, ушли в Жданов.
Летчик-испытатель П.П. Бобро, штурман В.П. Антонов и ведущий инженер В.И. Петроченков погибли…
Несмотря на все усилия производственников, второй опытный самолет Бе-12 построили только в сентябре 1962 г. В его конструкции были учтены и устранены выявленные при испытаниях первой машины недостатки. Двигатели подняли подальше от воды, установив их над крылом, которое избавили от противофлаттерных грузов, придав консолям большую жесткость. В носу разместили новые, более широкие брызгоотражатели. По согласованию с военными окончательно отказались от палубной пушечной установки, расширили и обновили состав радиоэлектронного и другого оборудования.
На первой машине антенну РЛС «Инициатива» установили в днище лодки перед первым реданом. Перед посадкой она втягивалась внутрь, а отверстие закрывалось крышкой со сложной кинематикой привода. В случае отказа механизма посадка на воду становилась невозможной. По решению Г.М. Бериева антенну перенесли в нос и установили над кабиной штурмана. Начиная со второй опытной машины все самолеты получили характерный «утиный» нос.
В экипажи Бе-12 на разных этапах испытаний входили летчики-испытатели Ю.М. Куприянов, М.И. Михайлов, Е.А. Лахмостов, Н.И. Андриевский, В.П. Демьяновский, штурманы Л.Ф. Кузнецов и В.Ф. Отдельное, радисты Б.В. Мазуров и Е.Ф. Твердохлеб.
В процессе испытаний второй машины были проведены и другие доработки, повышающие надежность и удобство эксплуатации самолета. В частности, по настоянию и инициативе Ю.М. Куприянова хвостовое колесо стало управляемым от педалей летчика. Для повышения эффективности электропривод стеклоочистителей заменили на гидропривод. Для компенсации реактивного момента винтов килевые шайбы развернули на 2°, вправо по направлению полета.
Однако решить все проблемы не удалось. В частности, мероприятия по снижению шума в кабине летчиков и штурмана, расположенных вблизи зоны вращения воздушных винтов, существенных результатов так и не дали.
Государственные испытания второго экземпляра проходили без происшествий и были окончены 20 апреля 1965 г. К ним привлекались военные летчики и штурманы: полковники Г.Г. Евтушенко (ведущий летчик), А.С. Сушко и Е.М. Никитин, подполковники А.Т. Захаров и В.В. Давыдов.
При полетной массе 35 т самолет-амфибия Бе-12 (ПЛО) показал мореходность до трех баллов, максимальную скорость — 550 км/ч, достиг практического потолка 12 100 м и дальности полета 4000 км.
29 ноября 1968 г. самолет-амфибия Бе-12 (ПЛО) приказом министра обороны СССР был принят на вооружение ВМФ СССР. За создание самолета Бе-12 главному конструктору Г.М. Бериеву и группе работников ОКБ и опытного производства (А.К. Константинову, А.С. Корытину, Х.Д. Кудзиеву, В.П. Терентьеву и К.И. Панину), а также специалистам серийного завода № 86 Н.В. Ожерельеву и А.И. Тихонову, представителям смежных организаций и институтов Министерства обороны была присуждена Государственная премия СССР.
Серийное производство Бе-12 было развернуто на Таганрогском авиационном заводе № 86 имени Георгия Димитрова (ныне АО «Таганрогская авиация»). Первый серийный самолет (№ 4600201) был закончен постройкой 12 декабря 1963 г., а последний (№ 3602802) — в июне 1973 г. Всего было построено 143 машины всех модификаций.