Первый экземпляр «изделия 100», названный «101», не имел части оборудования и вооружения. Он достиг летной готовности лишь к 1972 г. Примечательно, что двигатели РД-36-41 были поставлены точно в срок. 22 августа 1972 г. летчик-испытатель В.С.Ильюшин и штурман А.Н.Алферов с аэродрома ЛИИ в г. Жуковском совершили на нем первый вылет.

В ходе испытаний Т-4 серьезных проблем не возникло. Дважды машина превышала в полете скорость звука, достигнув М=1,75, причем все расчетные параметры полностью подтверждались. Но испытания проводились скорее для отработки комплексов оборудования, т.к. судьба «изделия 100» практически была предрешена - ему теперь отводилась роль чисто экспериментального самолета. Справедливости ради надо отметить, что положение Т-4 изначально было весьма шатким - такой самолет реально не требовался*. Те же задачи отнюдь с не меньшей эффективностью могла решить менее сложная машина. Таким самолетом стал туполевский «проект 145», знаменитый позже Ту-22М «Бэкфайр».