Chiếc T-4 đầu tiên, có tên gọi "101", bay lần đầu vào 22 tháng 8-1972. Phi công lái máy bay là Vladimir Ilyushin, con trai của nhà thiết kế máy bay nổi tiếng Sergei Ilyushin (Trở trêu là Vladimir không bao giờ làm việc trong phòng thiết kế của cha mình), và phi công dẫn đường là Nikolai Alfyorov. Nó chỉ bay 10 lần với tổng thời gian là 10 giờ 20 phút. Nó có thể đã đạt đến vận tốc Mach 1.3 với 4 động cơ Kolesov RD36-41, công suất mỗi chiếc có thể đạt 16.000 kgf (35.300 lbf hoặc 157 kN) khi đốt nhiên liệu lần hai. Máy bay được thiết kế đạt tốc độ tới Mach 3, nhưng chương trình đã bị đình chỉ trước khi những hiệu suất hoàn thiện của máy bay có thể được xác định rõ. Người ta cũng tin T-4 là "máy bay 101" đã đạt một kỷ lục bay với tốc độ Mach 1.89 trong 2000 km. Điều này cũng chỉ ra rằng T-4 không thể bay tốc độ hành trình theo tốc độ thiết kế gần Mach 3 và có thể đây là một trong số nhiều lý do khiến chương trình bị hủy bỏ.

Lý do khác khiến dự án bị hủy bỏ là do VVS (Военно-воздушные силы， Voenno-Vozdushnye Sily，Không quân Xô viết) đưa ra yêu cầu chế tạo 250 chiếc T-4. Trong lúc đó, một số sĩ quan cao cấp khác đã nghiêng về phía giải pháp tìm kiếm những máy bay chiến đấu khác thực tế hơn thay vì có một chiếc máy bay lớn như T-4 trên không. Khi nguyên soái Andrei Grechko làm bộ trưởng Bộ quốc phòng, ông đã nghe một sĩ quan chỉ huy nói như sau: "Đồng chí có thể có một số lượng lớn MiG-23 chỉ khi T-4 bị hủy bỏ". Sau khi suy nghĩ lại, có lẽ đó là một sự mặc cả khôn khéo bởi vì việc sản xuất một chiếc T-4 không phải là đơn giản và không hề rẻ hơn so với việc chế tạo một chiếc XB-70, một trong những lý do khiến XB-70 bị hủy bỏ là do chi phí vượt quá ngân quỹ và các khó khăn về kỹ thuật.