Пе-2 с РЛС "Гнейс-2", антенны располагались на крыле и носовой части фюзеляжа

В первых же полетах выяснилось, что станция имеет большую "мертвую зону" вблизи от самолета, в которой отраженные от цели сигналы подавляются собственными помехами передатчика. Обнаружилась и еще одна особенность станции: для увеличения сферы обзора ее антенное устройство имело очень широкую диаграмму направленности. В связи с этим при полете на малых высотах обзорный экран полностью "забивался" отраженными от земли сигналами. Если же самолет набирал высоту, то его станция оказалась не в состоянии обнаруживать цели, летевшие ниже и невидимые на фоне земли. Минимальная высота, на которой исчезали проблемы, связанные с отражением от земли, оказалась порядка 2000 м.

Доводка оборудования проводилась круглосуточно, тут же на аэродроме. Устранялись отказы, опробовались антенны разных типов, вносились изменения в конструкцию РЛС, позволившие сократить "мертвую зону" до 300 м (а затем и до 100 м) и улучшить надежность станции. В июле 1942 г. программа государственных испытаний была выполнена. Основные результаты оказались, по тем временам, неплохими:
—  дальность обнаружения самолета-бомбардировщика 3500 м;
— точность выхода на цель 5°;
—  минимальная высота полета при поиске противника 2000 м.

Итоги испытаний были признаны успешными, хотя РЛС и нуждалась в совершенствовании: из 25 выполненных полетов в пяти случаях аппаратура "Гнейс-2" отказывала. Авиация ПВО нуждалась в новой технике (а в 1943 г. в число заказчиков вошли и ВВС ВМФ), и еще до конца испытаний институт начал изготовление 15 предсерийных комплектов станции, которыми были оборудованы самолеты Пе-2 и Пе-3. В конце 1942 г. самолеты передали ПВО Москвы, а затем несколько машин перебросили под Сталинград для борьбы с немецкими транспортниками, снабжавшими окруженную армию Паулюса.

Официальные войсковые испытания Пе-2 с "Гнейс-2" были проведены в феврале - мае 1943 г. под Ленинградом во 2-м гвардейском корпусе ПВО. При перехвате воздушных целей истребители наводились наземными РЛС дальнего обнаружения "Редут". Председателем комиссии по проведению испытаний был командир корпуса Герой Советского Союза генерал-майор Е.Е. Ерлыкин, от разработчика в работе участвовал В.В. Тихомиров и от НИИ ВВС - инженер Е.С. Штейн.

Параллельно продолжались испытания "Гнейса-2" на истребителе Пе-3 в НИИ ВВС, задачей которых была выработка рациональной тактики перехвата воздушных целей. Наведение на самолет противника производилось в два этапа: на первом — по командам оператора наземной РЛС "Пегматит" с дальностью действия 100 км, а на заключительном — с использованием бортовой станции. Совместная работа двух приборов исключалась из-за помех, создаваемых передатчиком "Гнейса". От оператора "Пегматита" требовалось вывести "пешку" в заднюю полусферу неприятельского самолета на дистанцию не более 3000-3500 м. Атака становилась наиболее вероятной, если истребитель в момент захвата цели заходил ей строго в хвост, либо летел под небольшим углом к ее продольной оси. Естественно, обеспечение столь точного выхода на цель с учетом несовершенства тогдашней аппаратуры было делом непростым, требовало высокой согласованности и взаимопонимания между оператором наземной РЛС и пилотом истребителя. Недаром в выводах по испытаниям записали: "решающее значение имеет уровень подготовки операторов наведения..."

16 июня 1943 г. постановлением ГКО станцию "Гнейс-2" приняли на вооружение, а НИИ радиопромышленности поручали изготовить большую партию РЛС. Для этого институт со всем заделом аппаратуры был возвращен из эвакуации, а на базе НИИ ВВС бригада специалистов под руководством В.В. Тихомирова начала сборку и настройку станций.

Заметим, что примерно в то же время В.В. Мигулиным и П.Н. Куксенко была создана и другая самолетная РЛС типа ПНБ (прибор ночного боя). Она имела сходные с "Гнейс-2" характеристики, однако уступала ей в технологичности и не передавалась в серийное производство.

К середине 1943 г. стало ясно, что двухместные "радиолокационные" Пе-2 и Пе-3 не вполне соответствуют требованиям, предъявляемым к ночным истребителям. На борту самолета нужен был третий член экипажа — штурман. В кабине доработанной "пешки" и без того было тесно из-за громоздкой аппаратуры. Кроме того, для борьбы с вражескими бомбардировщиками самолет оказался слишком слабо вооружен. Еще одним минусом "пешки" оказалась склонность к сваливанию на крыло при высоком выравнивании на посадке — ошибке довольно распространенной среди военных пилотов, не имевших опыта ночных полетов.

Из всех типов отечественных и импортных самолетов, которыми располагала советская авиация, наиболее подходящим на роль ночного истребителя оказался самолет A-20G фирмы "Дуглас". Именно он стал носителем РЛС "Гнейс-2" в двух полнокровных полках ночных истребителей, включенных в состав Авиации дальнего действия. (Смотри статью о советских истребителях с РЛС, прим. ВВС)