Заводские испытания самолета начались 24 марта 1960 года. 29 марта 1960 года экипаж. возглавляемый летчиком-испытателем А.Д.Калиной, совершил на опытном Ту-124 первый полет. Заводские испытания продолжались до июня 1961 года. В мае 1960 года из цехов завода № 135 вышел первый серийный Ту-124, до конца года было выпущено еще 4 серийных машины, которые поступили на заводские и эксплуатационные испытания. Общая оценка самолета была полдожительной, однако были выявлены некоторые недостатки, потребовавшие некоторых доработок конструкции: изменена носовая кабина штурмана, уменьшен угол поперечного V крыла и т.д. В доработанном виде самолет был передан на государственные совместные испытания, которые самолет проходил с июля 1961 по сентябрь 1962 года. По их результатам машина была рекомендована для пассажирских перевозок. В этот же период 10 серийных самолетов участвовали в эксплуатационных испытаниях. Кроме основных летных испытаний самолет Ту-124 успешно прошел испытания: по взлетам и посадкам на грунтовых аэродромах; в условиях при низких и высоких температурах; при полетах на критических углах атаки; при продолженных и прерванных взлетах с выключением одного из двигателей и т.д.
Первый пассажирский рейс самолет Ту-124 совершил 2 октября 1962 года по трассе Москва-Таллин. Началась успешная эксплуатация самолета на трассах Аэрофлота.
В целях повышения экономической эффективности самолета КБ совместно с серийным заводом и ГВФ провело большой объем работ по его модификации, направленных на увеличение пассажировместимости, увеличения дальности полета и улучшения комфортабельности.
В новом варианте компоновки комфортабельный салон стал вмещать 56 пассажиров. Эта модификация получила обозначение Ту-124В и была самой массовой из всех вариантов Ту-124.Был проработан вариант на 60 пассажиров, не внедренный в эксплуатацию. Были промежуточные неосущестленные варианты на 48 и 52 места. Для правительственных отрядов СССР и других стран был разработан и строился серийно салонный вариант Ту-124К, который с некоторыми изменениями в оборудовании использовался в качестве штабного в ВВС.