Государственные испытания доработанного и одновременно первого серийного самолета начались в феврале 1944 г. в Иркутске. Ведущими по машине были инженер Н. М. Кокорин, летчик В. В. Лисицын и штурман Литвинчук. Со 2 по 5 апреля экипаж Лисицына совершил перелет по маршруту Иркутск — Красноярск — Новосибирск — Омск — Свердловск — Москва (аэродром Чкаловская) с промежуточными посадками в указанных пунктах. Испытания проходили довольно тяжело из-за многочисленных дефектов и шесть раз прерывались для доводки как самой машины, так и двигателей, в том числе и для их замены. В конечном счете, после выполнения 66 полетов, в октябре пришлось прекратить испытания до полной доводки самолета.

На новой модификации Ер-2 так и не устранили его раскачку в горизонтальном полете с крыла на крыло. По-прежнему на скоростях, меньших 240 км/ч по прибору, самолет не мог сохранять горизонтальный полет с брошенным управлением и переходил в спираль с быстрым нарастанием скорости, хотя при максимальном полетном весе выполнял виражи с креном до 50°, демонстрируя устойчивость и легкость в управлении.

В августе 1944 г. после доработки АЧ-30Б бригадой завода № 500 Ер-2 стали сдавать заказчику. Самолет № 7053911, прошедший контрольные испытания в декабре, стал эталоном для серийного производства. В то же время по требованию командования АДД и НИИ ВВС на Ер-2, начиная с № 7083901, стали устанавливать новые фонари кабины пилотов, а с № 71001 — понизили кабину штурмана, что улучшило обзор летчикам. Тогда же на самолетах начали размещать бомбардировочные прицелы конструкции Деренковского.

Машины перегоняли из Иркутска на подмосковный аэродром Остафьево летчики 73-й вспомогательной авиадивизии, занимавшейся перегонкой самолетов с сибирских заводов, а также ленд-лизовской техники с Аляски с промежуточными посадками через каждые 700–900 км. Перегоны нередко сопровождались поломками и авариями. Например, на 4 апреля 1945 г. из 169 самолетов, отправленных с завода, 14 нуждались в замене 20 моторов, на шести требовалась отладка двигателей и замена отдельных агрегатов. Девять машин совершили вынужденную посадку на трассе с убранным шасси.

Но были и приятные сообщения. 23 марта 1945 г. Ер-2, пилотировавшийся капитаном Коростылевым, пролетел из Иркутска до Москвы за один день с промежуточной посадкой в Новосибирске. За 15 ч 25 мин летного времени было пройдено расстояние 4600 км. Вслед за этим началась подготовка к беспосадочному перелету по тому же маршруту.

Эти перелеты и предшествовавшие им тренировки выявили невозможность ночных полетов из-за неудовлетворительного обзора. Фонарь кабины летчиков пришлось опять дорабатывать. К концу сентября установили новый фонарь и устранили дефекты, выявленные при войсковых испытаниях, а с октября эти доработки стали внедрять на серийных, в том числе и на ранее выпущенных бомбардировщиках.

Эксплуатация самолетов с дизелями существенно отличалась от эксплуатации машин с карбюраторными моторами. Пока в кабинах бомбардировщика находились испытатели с их знаниями, квалификацией и опытом, трудностей не возникало. Но настало время, и за штурвалы боевых машин сели строевые летчики, которым пришлось менять приобретенные навыки.

Особенностью эксплуатации дизелей был иной способ контролирования их работы и управления ими в полете. Раньше достаточно было послать вперед сектор газа, и карбюратор автоматически дозировал подачу горючего в цилиндры, летчику оставалось лишь поработать высотным корректором и осуществлять контроль числа оборотов и давления наддува. Теперь же основными параметрами, кроме оборотов двигателя, становились часовой расход топлива и температура выхлопных газов; давление наддува устанавливалось автоматически. При этом летчик должен был постоянно помнить, что дизель, по сравнению с бензиновым мотором, ничем не защищался при выходе на максимальные обороты, и сектор газа разрешалось давать вперед до упора лишь на взлете. На других режимах полета этот рычаг требовалось устанавливать в строгом соответствии с инструкцией, и особенно при полетах выше границы высотности двигателя.

Кроме иркутского завода, изготовлением Ер-2 занималась сборочная база № 456, организованная на территории бывшего завода № 84 в подмосковных Химках. В 1944 г., начиная с августа, на этом предприятии собрали из агрегатов завода № 39 десять самолетов при плане 15. Оставшиеся пять перешли на 1945 г., но сколько всего выпустили, пока неизвестно. Заниматься сборкой Ер-2 предписывалось и заводу № 86 в Таганроге, с использованием агрегатов и оснастки из Иркутска. Но оснастку предприятие так и не получило, и все пришлось делать самим. Сколько машин собрали в Таганроге — пока неизвестно.

В конце года предприняли попытку улучшить летные данные самолета путем установки на Ер-2 № 7023901 форсированного двигателя АЧ-30БФ. Испытания, проведенные экипажем летчика А. Д. Алексеева, показали улучшение его взлетных свойств, однако недостаточная надежность силовой установки не позволила запустить машину в серию.

В сентябре 1943 г. летчик А. Д. Алексеев испытал Ер-2 с Х-образными двигателями МБ-100, но этот самолет так и остался в разряде опытных.

В 1944 г. в ОКБ Ермолаева разработали несколько пассажирских вариантов на основе бомбардировщика. Один из них, сохранив основные агрегаты Ер-2, предусматривал их стыковку с фюзеляжем пассажирского Ли-2. В итоге должен был получиться «авиалайнер», вмещавший 21 пассажира и 5 членов экипажа. Его постройка предполагалась на заводах № 134 и № 39. Ожидалось, что гибридный самолет будет развивать скорость до 435 км/ч на высоте 6000 м и летать на расстояние до 3000 км.

Но от гибрида с Ли-2 отказались, сосредоточив все усилия на самолете особого назначения «ОН», создававшегося в соответствии с майским 1944 г. приказом НКАП. Само название говорит, что машина предназначалась для перевозки высокопоставленных лиц. Заданием предусматривалось снять все вооружение и разместить в фюзеляже десятиместную пассажирскую кабину с мягкими креслами.