Заводские испытания самолета показали, что его потолок получился ниже, а скорость — выше заданной. В целом СХА-2 соответствовал требованиям, предъявлявшимся к грузовой машине, и в октябре самолет предстояло передать на государственные испытания в НИИ ВВС, находившийся в Подмосковье. Край не близкий, и многим казалось, что лучше разобрать машину и отправить ее в столицу по железной дороге. Однако Володин, уверенный в самолете, был другого мнения и предложил перегнать «СХА» своим ходом, а заодно продемонстрировать специалистам ГВФ и ВВС его возможности. Был, конечно, и риск, но уверенность летчика убедила Антонова.

10 октября самолет отправился в первый свой перелет, проходивший через Омск, Свердловск, Казань и Арзамас. Три дня спустя самолет приземлился на аэродроме НИИ ВВС в Чкаловской. Государственные испытания начались во второй половине декабря после устранения дефектов и замены мотора. Государственные испытания первого прототипа в десантно-транспортном варианте завершились в марте 1948 года, а спустя четыре месяца — и второго СХА, на этот раз настоящего сельскохозяйственного, но с мотором ALU-21, проходившие в НИИ ГВФ (летчик Г. И. Лысенко, ведущий инженер Н. М. Засимко и бортмеханик А. В. Ильин).

23 августа того же 1948 года машину с мотором ALU-62ИР приняли на вооружение ВВС и снабжение ГВФ под обозначением Ан-2. Постановлением правительства предусматривался выпуск самолетов в пассажирском, санитарном, десантно-транспортном и сельскохозяйственном (с аэропылом) вариантах.

В 1949 году в НИИ ГВФ были проведены испытания самолета СХА-3 с модифицированной сельскохозяйственной аппаратурой.