2 октября закончились заводские испытания «восьмерки», и машина была передана в ГКНИИ ВВС на государственные испытания, которые завершились 27 ноября 1956 г.
В ходе испытаний Ан-8 были выявлены неудовлетворительные штопорные характеристики, недостаточная путевая устойчивость, шимми передней опоры шасси и ряд других дефектов. Проблематичным оказалось и использование на самолете ТВ-2Т. Двигательная установка имела ненадежный запуск, неустойчиво работала на больших высотах и обладала малым ресурсом (через 5–10 часов работы прогорали лопатки турбины). Экспериментальные технические решения, заложенные в конструкцию этого двигателя, не позволяли устранить указанные недостатки. В сложившейся ситуации Ивченко предложил заменить ТВ-2Т форсированным вариантом АИ-20 (взлетная мощность 4000 э.л.с.). Исследовав работу этого двигателя на повышенных режимах, ОКБ-478 заявило о возможности создания его модификации АИ-20Д со взлетной мощностью 5500 э.л.с. 4 апреля выходит Постановление СМ СССР № 373–184, предписывающее устранить на опытном самолете обнаруженные недостатки и установить двигатель АИ-20Д, после чего запустить Ан-8 в серийное производство на Ташкентском авиазаводе.
В течение полугода опытную машину модифицировали, в частности, увеличили площадь форкиля и установили на фюзеляже противоштопорные интерцепторы, оснастили новыми, существенно более легкими двигателями. После доработок масса пустого самолета уменьшилась на 3 т. В июне 1957 г. КБ начало передачу чертежей Ан-8 на серийный завод.
Модифицированная «восьмерка» взлетела 30 октября 1957 г. Испытания самолета затянулись до 21 ноября 1958 г. Проходили они сложно. Так, в одном из полетов из-за проявившейся перекомпенсации руля направления возникла критическая ситуация, и только мастерство экипажа ГКНИИ ВВС спасло опытную машину. Но основная причина задержки -доводка АИ-20Д. Несмотря на большой объем проведенных стендовых и летных испытаний этого двигателя, получить заявленную мощность не удавалось. Однако Ташкентский авиазавод уже завершал постройку первых восьми серийных экземпляров.