В июне 1935 года в Фарнборо в аэродинамической трубе состоялось испытание модели в масштабе 1:24. Испытания показали, что самолет склонен к впадению в плоский штопор. Увеличение площади киля на 40 % лишь незначительно исправило ситуацию, поскольку в штопоре, киль заслонялся горизонтальным стабилизатором. Проблему удалось разрешить другим образом — горизонтальный стабилизатор подняли на 18 см, а фюзеляж удлинили на 23 см.

В середине 1935 года оставалось устранить последний крупный недостаток самолета. До сих пор предполагалось, что двигатель PV XII будет иметь поверхностное охлаждение, которое, как уже известно, влечет определенные проблемы. Но Митчелл не хотел использовать классический наружный радиатор, который увеличивал лобовое сопротивление самолета. К счастью именно тогда Фред Мередит из центра в Фарнборо разработал новый тип радиатора. Благодаря внутренней конструкции теплый воздух, выходивший из радиатора, создавал реактивную тягу. Тяга была небольшой, но вполне компенсировала аэродинамическое сопротивление радиатора, а в некоторых режимах полета даже превосходила сопротивление. Эффективность радиатора удалось повысить, используя в качестве рабочего агента этиленгликоль вместо воды. Этиленгликоль имеет температуру кипения более высокую, чем вода, потому рабочую поверхность радиатора удалось сократить почти в два раза.

В начале осени в Вулстоне приступили к сборке прототипа F.37/34. К этому времени в конструкцию самолета внесли еще ряд изменений. Размах крыла уменьшили до 11,28 м, а фюзеляжу за кабиной придали овальное сечение. При этом кабина стала шире. За фонарем добавили еще одну остекленную панель, что улучшило обзор назад. До конца 1935 года планировалось установить маслорадиатор под двигателем.

Прототип завершили в середине февраля. После наземных испытаний самолет разобрали и отправили на аэродром в Истлее.

21 февраля корпорация «Виккерс» проинформировала Министерство авиации, что если заводские испытания удастся завершить к концу марта 1936 года, государственные испытания до конца апреля 1936 года, то серийный выпуск можно будет начать в течение 15 месяцев, то есть до сентября 1937 года. Еженедельно можно было бы выпускать по пять машин. До 31 марта 1939 года это позволило бы выпустить 360–380 машин. Как показало будущее, прогноз оказался чрезвычайно оптимистичным.

Собранный в Истлее прототип приступил к наземным испытаниям двигателя. После небольшой проверки самолет допустили к полетам.

В течение первой недели марта прототип F.37/34, получивший регистрационный номер К5054, находился в ангаре аэродрома Истлей. готовясь к летным испытаниям. В это время металлическая обшивка самолета оставалась неокрашенной. Обшитые материей руги и элероны покрасили серебристой краской, а на крыльях и фюзеляже нанесли кокарды Королевских ВВС. Самолет имел деревянный двухлопастный винт небольшого шага, оптимизированный на взлет и полет с небольшой скоростью. В то время убирающееся шасси все еще считалось технической новинкой, поэтому первое время стойки заклинили в выпущенном положении.

Самолет облетал 5 марта 1936 года главный летчик-испытатель фирмы «Виккерс» капитан Дж. Саммерс. Первый полет продолжался около 20 минут. После посадки, еще не выбравшись из кабины Саммерс сказал:

«Не надо ничего трогать». Саммерс считал, что самолет можно передавать для дальнейших испытаний в том виде, в каком он был.

Вскоре самолет оснастили винтом, имеющим большой шаг. Начались испытания максимальной скорости. Кроме того, шасси разблокировали, включили механизм уборки и добавили щитки. 10 марта во втором полете Саммерс в полете впервые убрал шасси. Третий полет состоялся 11 марта.

В это время обнаружились проблемы с двигателем, потребовавшие его замены. После замены, 24 марта, самолет снова облетали. На этот раз его пилотировал главный летчик-испытатель фирмы «Супермарин» — Джордж Пикеринг. 26 марта самолетом управлял Джеффри Квилл. Приземлившись, Квилл снова поднялся в воздух. При этом он забыл убрать закрылки, которые на прототипе выпускались на 57 гр, но самолет благополучно поднялся в воздух.

Единственный обнаруженный недостаток самолета заключался в чрезмерной угловой балансировке руля направления, в результате чего усилие на руле оказалось минимально, а при больших скоростях это приводило к недостаточной стабильности на курсе. Других серьезных недостатков выявить не удалось. Но скорость самолета оказалась значительно ниже предполагаемых 560 км/ч. Имелась надежда, что ее удастся достичь, доработав конструкцию самолета, и подобрав для него винт.

В начале апреля закончился предварительный этап испытаний и прототип К5054 передали для наземных резонансных испытаний. С этой целью Джордж Пикеринг перегнал 6 апреля самолет в Фарнборо. В ходе испытаний доказали возможность возникновения флаттера при скоростях меньших, чем предполагалось. Предельной безопасной скоростью для прототипа оказалась скорость 610 км/ч. 9 апреля Пикеринг перегнал машину обратно в Истлей.

На следующий день самолет поставили в ангар для новой доработки. Прежде всего уменьшили угловую балансировку руля направления, увеличив взамен площадь киля. Затем сделали уже горловину воздухозаборника карбюратора, подняв тем самым давление входящего воздуха. Далее, усилили створки капота, которые гремели в полете. После этого прототип впервые окрасили в серо-голубой цвет. Самолет окрасили работники фирмы, имевшей эксклюзивный контракт с «Роллс-Ройсом» на окраску машин этой фирмы. Увеличить максимально допустимую скорость самолета можно было только радикально изменив конструкцию крыла, поэтому на К5054 крыло оставили без изменений.

Примерно в это же время Министерство авиации согласилось официально присвоить самолету название «Спитфайр». Сам Митчелл был очень недоволен этим решением. Он воскликнул: «Это достаточно дурацкое имя, чтобы они могли его утвердить!». Любопытно, в 1936 году прототип К5054 назывался «Спитфайр II» в отличие от «Спитфайра I» — «типа 224».

Полеты возобновили 11 мая. Утром того дня Джеффри Квилл совершил более чем часовой полет, разгоняя самолет и испытывая его поведение после доработки. С новым рулем самолет значительно увереннее держался на курсе. Во второй половине дня Саммерс поднял «Спитфайр» в воздух для первой фотографической сессии. Квилл пилотировал авиетку, в которой находились Джон Йоксалл из журнала «Флайт» и Реджинальд Митчелл, который хотел посмотреть на свое детище в полете.

14 мая Квилл проводил испытания в пикировании. Набрав скорость 610 км/ч по приборам (в действительности скорость составила 750 км/ч), он услышал гул. Пилот вывел самолет из пикирования и вернулся в Истлей. На земле оказалось, что оторвалась нижняя часть щитка на левой стойке шасси, ударив при этом по днищу фюзеляжа.

Повреждения оказались минимальны, и на следующий день самолет был готов к очередному полету. Теперь главным было как можно скорее отправить машину на государственные испытания в Мартлсхем-Хит. Истребитель фирмы «Хоукер» (будущий «Харрикейн») уже прибыл на испытания, поэтому дальнейшие задержки могли привести к аннулированию государственного заказа. Но на этом этапе «Спитфайр» еще не был готов к официальным испытаниям. Несмотря на все ухищрения, самолет невозможно было разогнать в горизонтальном полете более чем на 540 км/ч. По данным, имевшимся у фирмы «Супермарин», их конкурент развивал скорость более 530 км/ч. Такая небольшая разница в скорости не могла считаться достаточной для уверенной победы в конкурсе. К счастью, вскоре удалось обнаружить, что у законцовок крыла происходят явления волнового кризиса. Самолет получил новый винт, с которым 15 мая развил в горизонтальном полете скорость 560 км/ч. После еще одного полета самолет вернулся в ангар для окончательной подготовки к испытаниям в Мартлсхем-Хите. Теоретически, самолет следовало вооружить, но в это время пулеметы еще не поступили. На совещании в штабе авиации 22 мая подняли вопрос о вооружении «Спитфайра». Было решено, пока пулеметов нет, установить как на «Спитфайре», так и на «Харрикейне» аналогичный по массе балласт.