Mẫu thử nghiệm đầu tiên của V-12 trưng bày tại nhà máy Mil ở Panki. Các cánh quạt đã bị gỡ đi.

Mẫu thử nghiệm hoàn chỉnh đầu tiên được hoàn tất vào năm 1968. Trước đó, chuyến bay đầu tiên của một mẫu thử nghiệm không hoàn chỉnh vào ngày 27 tháng 6 năm 1967 kết thúc thất bại vì những trục trặc của khâu điều khiển, gây ra rung lắc máy bay; một bánh xe chính chạm đất quá mạnh gây nổ lốp và làm cong ổ trục bánh. Nguyên nhân của sự rung lắc này là do khuếch đại cộng hưởng của sàn buồng lái, truyền ngược vào bộ phận điều khiển khi phi công dự tính cho máy bay quay lên-xuống bằng cách điều khiển cần góc tấn chu kỳ (cyclic). Báo chí phương Tây đã rầm rộ đăng tin máy bay bị phá hủy trong tai nạn, nhưng tin tức này là sai sự thật.[4]

Phiên bản thử nghiệm năm 1968 được đặt tên mã đăng ký là SSSR-21142 và thực hiện chuyến bay đầu tiên vào ngày 10 tháng 7 năm 1968 tại sân bay của nhà máy Mil ở Panki, bay tới đích là sân bay dành cho việc thử nghiệm máy bay của Mil tại Lyubertsy. Tháng 2 năm 1969, mẫu thử nghiệm đầu tiên này đã thực hiện kỷ lục nâng một lượng hàng cân nặng 31,030 kg (68,41 lb) lên cao 2.951 m (9.682 ft).[7] Ngày 6 tháng 8 năm 1969, máy bay lại nâng 44,205 kg (97,46 lb) lên độ cao 2.255 m (7.398 ft), một lần nữa lập kỷ lục thế giới.[8] Mẫu thử nghiệm thứ hai được Mil lắp ráp ở Panki, nhưng đã phải "đắp chiếu" suốt một năm để chờ lắp động cơ, và cuối cùng đã bay thử vào tháng 3 năm 1973 tại đây, từ Panki tới Lyubertsy. Giống như mẫu thứ nhất, mẫu thứ hai cũng mang tên đăng ký là SSSR-21142.[4]

Hoạt động của các mẫu Mil V-12 này tỏ ra tốt hơn cả mong đợi, chúng đã lập nhiều kỷ lục về hàng không mà trong số đó vẫn còn đứng vững đến thời điểm gần đây, và khiến cho những người thiết kế ra chúng nhận được nhiều giải thưởng danh giá, ví dụ như Giải Sikorsky trao thưởng bởi Hiệp hội Trực thăng Hoa Kỳ dành cho những thành tựu xuất sắc trong công nghệ trực thăng. Thiết kế của V-12 đã được cấp bằng sáng chế ở Hoa Kỳ, Anh quốc và ở nhiều nước khác.[4] Trong tháng 5 và 6 năm 1971, mẫu thử nghiệm đầu tiên của V-12 đã thực hiện nhiều chuyến bay biểu diễn ở châu Âu, trong đó có một lần biểu diễn tại triển lãm hàng không Salon international de l'aéronautique et de l'espace de Paris-Le Bourget tại Le Bourget với mã số tham dự là H-833.

Mặc dù đạt được nhiều thành tựu, V-12 sau cùng không được đưa vào sử dụng trong Không quân Xô Viết vì nhiều lý do. Lý do quan trọng nhất là nhu cầu sử dụng của V-12 - việc vận chuyển các tên lửa đạn đạo chiến lược - đã không còn nữa. Đó cũng là lý do khiến việc sản xuất máy bay vận tải Antonov An-22 bị giảm xuống.[4] Việc phát triển V-12 chấm dứt hoàn toàn vào năm 1974. Mẫu thử nghiệm đầu tiên vẫn được trưng bày ở nhà máy trực thăng của Mil tại Panki-Tomilino, quận Lyuberetsky gần Moskva.[9][10] Mẫu thứ hai được quyên tặng cho Bảo tàng Không quân Monino cách Moskva 50 km (31 dặm) về phía Đông.

Kỷ lục thế giới

Thông tin lấy từ Liên đoàn Hàng không quốc tế (Federation Aeronautique Internationale - FAI)[11]

Mẫu thử nghiệm đầu tiên của V-12 thực hiện được 8 kỷ lục tính theo bảng phân loại E1 của FAI dành cho trực thăng thông thường. 4 trong số đó vẫn còn được giữ. Thành viên của tổ lái V-12 đó là:

22 tháng 2 năm 1969Phi công - Vasily KolochenkoPhi hành đoàn - L.V. VLASSOV, V.V. JOURNALIOV, V.P. BARTCHENKO, S.G. RIBALKO, A.I. KRUTCHKOV6 tháng 8 năm 1969Phi công - Vasily KolochenkoPhi hành đoàn - L.V. VLASSOV, V.V. JURAVLEV, V.P. BARTCHENKOV, S.G. RIBALKO, A.I. KRUTCHKOV

Ngày	Miêu tả	Kết quả	Còn giữ kỷ lục hay không
22 tháng 2 năm 1969	Độ cao khi tải 15.000 kg (33.000 lb) hàng	2.951 m (9.682 ft)	Không[12]
22 tháng 2 năm 1969	Độ cao khi tải 20.000 kg (44.000 lb) hàng	2.951 m (9.682 ft)	Không[13]
22 tháng 2 năm 1969	Độ cao khi tải 25.000 kg (55.000 lb) hàng	2.951 m (9.682 ft)	Không[14]
22 tháng 2 năm 1969	Độ cao khi tải 30.000 kg (66.000 lb) hàng	2.951 m (9.682 ft)	Còn[15]
22 tháng 2 năm 1969	Tải trọng tối đa tại độ cao 2.000 m (6.600 ft)	31.030 kg (68.410 lb)	Còn[16]
6 tháng 8 năm 1969	Độ cao khi tải 35.000 kg (77.000 lb) hàng	2.255 m (7.398 ft)	Còn[17]
6 tháng 8 năm 1969	Độ cao khi tải 40.000 kg (88.000 lb) hàng	2.255 m (7.398 ft)	Còn[18]
6 tháng 8 năm 1969	Tải trọng tối đa tại độ cao 2.000 m (6.600 ft)	40.204 kg (88.635 lb)	Không[19] (ratified by FAI?)