После доработок полетная масса «дублера» возросла до 11000 кг, из них запас бензина составлял 5833 кг и масла 350 кг. 23 мая 1935 г. Леваневский совершил на доработанном «дублере» первые два полета. После серии испытательных полетов и доводочных работ самолет был допущен к длительному 17-ти часовому полету.

Полет был выполнен 9 июля 1935 г. Проводился он с целью проверки расчетов возможной дальности по реальному расходу топлива, тренировки экипажа и т.д. Самолет вылетел со Щелковского аэродрома днем в 3 ч. 30 мин., имея заданный маршрут: Москва - Баренцево море - Москва. Из-за плохих атмосферных условий экипаж отклонился от намеченного маршрута и прошел по маршруту: Москва - Белозерье - Москва - Купянск - Славянск - Москва, пройдя путь 3065 км. В ходе проводившихся испытаний июня-июля 1935 г. было отмечено улучшение летных характеристик самолета (по сравнению с состоянием 1934 г. расчетная дальность полета увеличилась на 7%, скорость - на 8%, потолок поднялся на 400 м, улучшилась управляемость самолета). Было признано, что доработанный «дублер» готов к трансарктическому перелету на побитие рекорда дальности по прямой.

3 августа 1935 г. экипаж Леваневского на РД-2 стартовал со Щелковского аэродрома в сторону Северного полюса на США.

Уже на 37-й минуте полета экипажем был замечен значительный выброс масла из дренажной трубки масляного бака. Предпринятые экипажем меры по предотвращению выброса масла результатов не дали. В штаб перелета с борта самолета полетела радиограмма. С таким расходом масла продолжать длительный полет было крайне опасно, если не безумно. Оценка, проведенная А.Н. Туполевым и его коллегами, была однозначна: с таким расходом масла продолжать полет нельзя. Но все же окончательное решение оставалось за командиром корабля. И он его принял и, как показали дальнейшие исследования, оно было единственно правильное — нужно было прекратить перелет. Леваневский развернул самолет на обратный курс и в 22 ч.15 мин. совершил посадку под Новгородом. Под занавес, перед посадкой из-за пожара, возникшего при ошибочном включении посадочного сигнального устройства, было повреждено крыло самолета.

После аварийной посадки созданная специальная комиссия, обследовавшая АНТ-25-2, установила также присутствие в кабине угарного газа в количествах выше допустимого, что говорило о возможности попадания в кабину экипажа выхлопных газов, вероятней всего из системы обогрева. К 5 августа машину отремонтировали, и Г.Ф. Байдуков перегнал ее в Москву. Уже в Москве испытательные полеты, выполненные на АНТ-25-2 Г.Ф. Байдуковым, позволили разобраться в непосредственной причине дефекта, приведшей к срыву первой попытки перелета через Северный полюс в США на этом самолете.

Дефект оказался конструктивно-компоновочным. Дренажная трубка маслобака, перенесенная в ходе последних доработок самолета под трансарктический перелет с целью защиты ее от обледенения в теплую воздушную среду за водорадиатором, оказалась после переноса в зоне сильного разряжения. В результате, в полете на ее внешнем срезе проявился сильфонный эффект, приводивший к «высасыванию» масла из маслобака. Дренажную трубку переставили, эффект выброса масла больше не повторялся. Устранили и утечку угарного газа в кабину, а также ряд других более мелких дефектов, выявленных в полете и на дополнительных испытаниях. Конечно, все эти дефекты можно было выловить на более ранней стадии сразу после проведенных доработок, но подготовка к перелету шла в режиме форс-мажора, подстегиваемая с верхних этажей власти. Результат - срыв перелета.

Вопрос о дальнейшей судьбе перелетов был вынесен на самый высокий уровень. На заседании правительства, в присутствии А.Н. Туполева, С.А. Леваневский достаточно жестко заявил, что летать на туполевских машинах он больше не будет и вообще лететь через Северный полюс на одномоторном самолете — безумие. Столь категоричный подход к концепции сверхдальнего рекордного одномоторного самолета был всем понятен. Все было на поверхности: при отказе одного единственного двигателя полет, естественно, прекращается, и садиться придется Бог знает где, а если это еще необитаемый и неосвоенный маршрут через Северный полюс, результат предсказать просто.

В.П. Чкалов	Штурман А.В. Беляков

Все доводы Туполева о том, что двигатель многократно проверен, испытан и на земле, и в воздухе, что его ресурс на сегодняшний день значительно выше, чем длительность предполагаемого перелета, мало повлияли на мнение присутствующих. Доводы Леваневского были более убедительны и, что самое главное, более просты и доходчивы. Кроме того, он был в фаворе у Сталина и тот прислушивался к его мнению. И это было одним из самых важных факторов в этой дискуссии. Возникла реальная опасность, что АНТ-25, не имевший аналогов в мире, так и уйдет в небытие, не раскрыв полностью своих уникальных возможностей.

Но А.Н. Туполев, уверенный в своей машине, продолжал настаивать на продолжении работ по дальним перелетам на АНТ-25. В этом вопросе с ним был солидарен Главком ВВС Я.И. Алкснис. В разговоре с Г.Ф. Байдуковым он предложил ему провести дополнительные испытания АНТ-25, при этом добавив: «... Ваша неудача с перелетом поставила в неудобное положение не только ВВС, но и авиационную промышленность». Лично Байдуков, знавший более глубоко самолет, в отличие от Леваневского, считал, что РД способен оправдать возложенные на него надежды. И он активно включился в борьбу за спасение программы АНТ-25, а заодно и авторитета фирмы Туполева.