Обе опытные машины участвовали в заводских испытаниях с 20 мая 1960 года по март 1961 года. Испытания проводили летчики В.П. Смирнов, В.Г. Мухин и В.М. Волков, участвовали в облетах также и летчики ЛИИ - С.Н. Анохин, В.М. Пронякин, А.П. Богородский. Всего было выполнено 82 полета общей продолжительностью 43 ч 36 мин. Никаких затруднений в эксплуатации самолета и двигателя не возникало. При обжатии самолета (разгоне его в пологом пикировании) были достигнуты число М полета 0,792 и приборная скорость 788 км/ч на высоте 1500 м (индикаторная скорость 803 км/ч). Машина получила положительные оценки по всем пунктам программы испытаний, включая поведение на минимальных и больших скоростях и высотах, устойчивость и управляемость, фигуры высшего пилотажа, взлеты-посадки на двух мягких грунтовых аэродромах (с травяным покрытием в Тушино и размытый дождями в Люберцах), посадки с выключенным двигателем, с убранными закрылками, в дождь. Испытатели сделали вывод: «Отличные летные качества самолета, совершенное оборудование и возможность эксплуатации на грунтовых аэродромах с травяным покрытием позволяют рекомендовать Як-30 в качестве учебного и тренировочного самолета».

30 августа 1960 года на государственные испытания был передан первый Як-30, а вскоре и второй. Всего в них участвовало четыре самолета, так как по приказу ГКАТ (Государственный комитет по авиационной технике, существовавший вместо МАПа в 1958-65 гг.) от 4 января 1961 г. в июне 1961 г. были построены еще два Як-30 (борт «80» и «90»). По замечаниям НИИ ВВС, для обеспечения полетов по кругу с максимальной полетной массой, эти самолеты имели усиленные консоли крыла (так называемые «крылья серийного образца»). При летных испытаниях на прочность достигалась перегрузка 9,1 на индикаторной скорости 575 км/ч и остаточная деформация оставалась в допустимых пределах. Был также увеличен запас устойчивости по перегрузке, доработаны управление, кабина, шасси, системы, оборудование, установлены турбулизаторы на крыле для получения предупредительной тряски перед сваливанием, штыревая антенна перенесена на середину фюзеляжа. Устранена вибрация хвостового кока от акустических нагрузок - по предложению заместителя главного металлурга ОКБ Кустановича применена только что появившаяся в Запорожье сверхвязкая марганцовистая сталь, не боявшаяся никаких вибраций.

На испытаниях получили максимальную скорость 655 км/ч на высоте 5000 м и 624 км/ч у земли, вертикальную скорость у земли 18,2 м/с, дальность 860 км с резервом топлива 7%. Масса пустого самолета возросла с 1514 кг до 1554 кг, максимальная взлетная масса достигла 2470 кг с 730 кг топлива (900 л). Як-30 продемонстрировал весь комплекс фигур простого и сложного пилотажа, фигуры в вертикальной плоскости выполнял без потери высоты. На Як-30 №4 («90») были успешно проверены катапультные установки, обеспечивающие безопасное покидание самолета через остекление. Было проверено катапультирование через фонарь до индикаторной скорости 610 км/ч с парашютистом-испытателем В.С.Кочетковым, лауреатом Сталинской премии, и до 760 км/ч с манекенами.

Активное участие в судьбе Як-30 принял заместитель председателя Совмина Дмитрий Устинов. По письму А.С. Яковлева и С.К. Туманского об успешном окончании заводских летных испытаний и целесообразности запуска в производство малой серии самолетов Як-30 с двигателем РУ19-300 в количестве 20-30 штук, Д.Ф. Устинов 3 ноября 1960 г. дал указание П.В. Дементьеву, М.В. Хруничеву и К.А. Вершинину представить согласованные решения. Через два месяца, 7 января 1961 г. К.А. Вершинин пишет: «по вопросу запуска в серийное производство самолета первоначального обучения мы связаны определенными государственными обязательствами... ввиду чего Министерство обороны неправомочно решать этот вопрос...» Так в деле о Як-30 появляется формулировка: «...определенные государственные обязательства...»

Государственные испытания закончились 14 августа 1961 г. По заключению НИИ ВВС Як-30 был рекомендован на вооружение. Эту рекомендацию подписал главнокомандующий ВВС, главный маршал авиации К.А. Вершинин. Точно по графику, в феврале 1962 года, были отработаны и переданы заводу № 116 чертежи и техническая документация для серийного производства. На новом заводе в Тюмени был запущен в серию двигатель РУ19-300. Як-30 подготовили для показа в Париже, но отправка его на выставку не состоялась.

Компоновочная схема самолета Як-32