В протоколе макетной комиссии, утвержденном в феврале 1939 года, С.В. Ильюшину рекомендовалось, в частности, увеличить толщину брони, обеспечить дальность полета у земли на скорости 260 км/ ч – до 560 км и на высоте 4000 м и скорости 300 км/ч – до 650 км и предусмотреть установку дополнительных топливных баков в бомбовых отсеках.

Тогда же стало ясно, что к заданному сроку построить машину невозможно. Причин для этого было много, в том числе прекращение выпуска двигателей АМ-34ФРН и отсутствие авиационной брони двойной кривизны, изготовлявшейся штамповкой.

В том же месяце С.В.Ильюшин предложил вариант БШ-2 с мотором АМ-35 взлетной мощностью 1350 л.с., который только что прошел заводские испытания. Это обещало улучшение взлетно-посадочных характеристик, увеличение скороподъемности и потолка машины, впрочем, последнее для штурмовика было неважно. Тогда же посчитали, что для стрельбы вперед будет достаточно четырех пулеметов ШКАС в крыле и одного ШКАСа для защиты задней полусферы у стрелка.

Опытный экземпляр штурмовика построили в июле 1939 года, но первый полет на нем удалось совершить лишь 2 октября. На заводских испытаниях ЦКБ-55 показал максимальную скорость у земли 385 км/ч и на высоте 5700 м – 460 км/ч. Самолет мог поднимать до 400 кг бомб на внутренней подвеске и до 200 кг – снаружи.

Однако доводка силовой установки затянулась, и штурмовик предъявили на государственные испытания лишь в марте 1940 года.

Специалистам НИИ ВВС хватило 20 дней, чтобы вынести свой вердикт. Они отмечали, что БШ-2 по своим полетным свойствам был достаточно прост, особенностей, отличающих его от самолетов ББ-1 и Р-10, не имел, бомбовое и стрелковое вооружение в целом соответствовало требованиям. В то же время отмечалось, что штурмовик предъявлен на государственные испытания с опозданием более чем на год. Его скорость, дальность и маневренность оказались значительно ниже заданных, и технический совет НИИ ВВС рекомендовал заменить мотор более мощным, но менее высотным АМ-38, заводские испытания которого только начались.

Штурмовик, как и всякий опытный самолет, имел немало «детских болезней», но большинство из них были устранимы, и НИИ ВВС посчитал, что «БШ-2 АМ-35 является единственным типом хорошо бронированного самолета, с достаточно мощным бомбардировочным и химическим вооружением и имеет перспективы дальнейшего развития в отношении повышения летных данных, увеличения мощности стрелково-артиллерийского вооружения, увеличения дальности полета и некоторого улучшения полетных свойств. В связи с этим самолет БШ-2 АМ-35 представляет определенный интерес для использования его в ВВС КА в качестве штурмовика-бомбардировщика ближнего действия».

Тогда же по предложению начальника отдела боевого применения НИИ ВВС М.В. Шишкина технический совет отметил необходимость постройки небольшой серии штурмовиков в количестве, достаточном для формирования одного авиаполка.

Одновременно С.В. Ильюшину предлагалось устранить все выявленные при государственных испытаниях дефекты, установить, в частности, дополнительный бензиновый бак, улучшить управляемость самолета и продольную устойчивость путем придания передней кромке крыла стреловидности и увеличения площади стабилизатора, улучшить обзор вперед для летчика и штурмана.

Пожелали военные и усилить его вооружение, установив на штурмовик две пушки МП-6 калибра 23 мм, сохранив пару ШКАСов для стрельбы вперед.

В отчете о результатах государственных испытаний самолета отмечалось также:

«БШ-2 <…> государственные испытания прошел удовлетворительно. Может быть использован в ВВС КА в качестве штурмовика-бомбардировщика ближнего действия при условии устранения недостатков».