Eddie Sanders điều khiển máy chạy trên đường băng sau chuyến bay thử nghiệm đầu tiên vào ngày 20 tháng 9 năm 1942

Dữ liệu từ chiếc Akutan Zero được gửi đến Cơ quan Hàng không (BuAer) của Hải quân Hoa Kỳ và Grumman Aircraft. Sau khi nghiên cứu kỹ lưỡng, Roy Grumman quyết định rằng máy bay của ông có thể sánh ngang hoặc vượt mặt Zero ở hầu hết khía cạnh, ngoại trừ tầm bay vượt trội mà không phải hi sinh thiết giáp, thùng nhiên liệu tự hàn kín và khung máy bay. Loại máy bay tiêm kích mới F6F Hellcat đã tăng sức mạnh để chở thêm trọng lượng.[26][27]

Vào ngày 20 tháng 9 năm 1942, hai tháng sau khi thu nhận chiếc Zero, Trung đội trưởng Eddie R. Sanders đã thực hiện chiến bay thử nghiệm đầu tiên. Ông thực hiện tổng cộng 24 chuyến bay thử nghiệm trong khoảng thời gian từ ngày 20 tháng 9 đến ngày 15 tháng 10. Sau đây là báo cáo của Sanders:

Các chuyến bay này bao gồm những bài kiểm tra đặc điểm bay như cách mà chúng ta thực hiện với máy bay đang trải qua kỳ thử nghiệm của Hải quân. Chuyến bay đầu tiên đã bộc lộ những điểm yếu của chiếc Zero mà phi công chúng ta có thể khai thác bằng chiến thuật phù hợp... điều rõ như ban ngày là thực tế, cánh nhỏ ngừng hoạt động ở vận tốc 200 hải lý/giờ nên việc di chuyển ở tốc độ đó rất chậm và cần nhiều lực trên thanh điều khiển. Máy bay lộn sang trái dễ hơn là sang phải. Ngoài ra, động cơ máy cũng ngưng lại khi gia tốc âm do chức năng của bộ chế hòa khí kiểu phao. Bây giờ chúng tôi đã tìm ra câu trả lời cho những phi công bị Zero qua mặt và không thể thoát khỏi cuộc truy đuổi của nó. Đó là hãy bổ nhào xuống mà không tắt máy theo chiều dọc, sử dụng gia tốc âm nếu có thể để tăng khoảng cách khi động cơ của Zero bị dừng lại do gia tốc. Với vận tốc 200 hải lý/giờ, hãy nhào sang bên phải ngay trước khi lọt vào tầm mắt của phi công Zero.

— Eddie R. Sanders, [28]

Chiếc Zero tạm thời ở Trung tâm Nghiên cứu Langley vào ngày 8 tháng 3 năm 1943, ngay sau khi thử nghiệm tại đường hầm gió

Đầu năm 1943, chiếc Zero được vận chuyển từ Căn cứ Không lực Hải quân North Island đến Căn cứ Không lực Hải quân Anacostia. Hải quân muốn sử dụng chuyên gia của Trung tâm Nghiên cứu Langley thuộc NACA trong lĩnh vực thiết bị bay. Akutan Zero đã bay đến Langley vào ngày 5 tháng 3 năm 1943 để lắp đặt thiết bị. Khi ở đó, nó trải qua nhiều bài kiểm tra khí động học tại Đường hầm gió dưới sự giám sát chặt chẽ và bí mật. Công việc này bao gồm một số cuộc khảo sát để xác định lực cản của các bộ phận máy bay; những phép đo tỉ lệ đường hầm về lực nâng, lực cản, hiệu quả điều khiển; và kiểm tra chuyển động trượt bên.[lower-alpha 3][29]

Sau khi quay trở lại Hải quân, Akutan Zero được chỉ huy Căn cứ Không lực Hải quân Anacostia là Frederick M. Trapnell cho thực hiện bay thử nghiệm. Ông lái chiếc Zero để kiểm tra đặc điểm bay trong khi Sanders cũng đồng thời lái máy bay Hoa Kỳ thực hiện thao tác tương tự nhằm mô phỏng không chiến. Sau đó, Trung úy Melvin C. "Boogey" Hoffman (phi công thử nghiệm của Hải quân Hoa Kỳ) tiến hành nhiều hơn nữa cuộc thử nghiệm không chiến giữa chiếc Akutan Zero do ông lái với các phi công tân binh trên kiểu máy bay mới của Hải quân.

Cuối năm 1943, chiếc Zero của Koga được trưng bày tại Sân bay Quốc gia Washington như một chiến lợi phẩm.[30] Năm 1944, chiến cơ đã được triệu tập tại North Island để sử dụng làm máy bay huấn luyện cho phi công tân binh được phái đến Thái Bình Dương. Trong cuộc giải phóng Guam, quân đội Hoa Kỳ cũng thu nhận mẫu 52 của Zero và sau này đưa nó vào sử dụng.[31]

Dữ liệu và kết luận từ những cuộc thử nghiệm này đã được công bố trong Tóm tắt thông tin tình báo số 59, Tóm tắt tình báo hàng không kỹ thuật số 3, Xu hướng chiến thuật và kỹ thuật số 5 (xuất bản trước chuyến bay thử nghiệm đầu tiên) và Tóm tắt thông tin tình báo số 85. Những tổng kết này phần nào thiên về việc đánh giá thấp khả năng của Zero.[32]