М. Л. Милю предстояло доказать правильность своего выбора в высоких инстанциях и получить возможность работать дальше. Решение принимала специальная комиссия во главе с начальником ЦАГИ, известным конструктором самолетов В. М. Мясищевым. 21 января 1965 года Миль пишет в дневнике: «Вчера с блеском прошла конференция в Панках. Мой доклад всем понравился. Были из ЦК Редькин, Максимов, весь аппарат Совмина, Пышнов из ВВС, всего 450 человек. Выступил Вильдгрубе, он охаял В-12, сказал, что, не меняя нагрузку, можно было сделать машину по продольной схеме вдвое легче. Мы решили его бить. Выступили Тишенко, Некрасов, Радин и я. Повторно выступил Вильдгрубе, его надо было видеть». Через 5 дней новая запись в дневнике: «Уже неделя, как почти каждый день с утра приезжает к нам на полдня начальник ЦАГИ Мясищев со своими помощниками (8 человек). Вместе с Федуловым и Вильдгрубе они разбираются в моей новой схеме, сравнивая ее с продольной. А мы, конечно, засиживаемся вечерами. Сегодня уже почти окончательная победа. Мясищев за нас…

Послезавтра комиссия. Вместо того чтобы оказаться вдвое хуже, наша машина вдвое лучше продольной, да и вообще решение великолепное».

Кончилось все тем, что и В. М. Мясищев, и министр авиационной промышленности П. В. Дементьев поддержали Миля. По решению правительства на заводе приступили к реализации проекта.

Фюзеляж В-12 был выполнен в виде полумонокока и походил внутри, по образному выражению одного из иностранных специалистов, на гигантский готический собор. Его переднюю часть занимала двухэтажная кабина экипажа. На нижнем этаже располагались два летчика, бортинженер и бортэлектрик, на верхнем — штурман и бортрадист. В хвостовой части фюзеляжа находились силовой трап и боковые створки, которые при раскрытии образовывали проем для въезда самоходной техники и погрузки различных грузов с помощью мощных электролебедок и тельферов. Центральную часть фюзеляжа занимал большой грузовой отсек размерами 28,15 х 4,4 х 4,4 м. В нем могли разместиться 196 солдат или 158 раненых. Сзади под фюзеляжем располагалось «самолетное» хвостовое оперение с рулями высоты и направления и двумя вертикальными шайбами. Руль направления предназначался для повышения эффективности путевого управления. Управление рулем высоты осуществлялось синхронно с управлением общим шагом несущих винтов. Величина подъемной силы регулировалась одновременным изменением общего шага несущих винтов. Дифференциальное управление общим шагом обеспечивало управление по крену. Изменение продольной балансировки и величины пропульсивной силы осуществлялось изменением циклического шага обоих винтов с помощью автоматов перекоса. Дифференциальное изменение циклического шага обеспечивало путевое управление.

Шасси вертолета В-12 было трехопорное. Передняя опора с самоориентирующимися сдвоенными колесами находилась под кабиной экипажа, основные опоры со сдвоенными колесами — под левой и правой фермами. Все стойки шасси имели пневмомасляные амортизаторы. Сзади фюзеляжа располагались дополнительные хвостовые опоры, позволяющие загружать в грузовую кабину тяжелую технику.

В апреле 1965 года вышло постановление Совета Министров о строительстве первого опытного вертолета. На Саратовском авиационном заводе была начата подготовка к выпуску первой войсковой серии из пяти вертолетов В-12. В начале 1966 года государственная комиссия окончательно одобрила натурный макет, и началась сборка первого опытного образца.

Построенный вертолет было решено превратить в испытательную модель и проверить на ней всевозможные нежелательные колебания. Вместо лопастей на втулки винтов поставили вибраторы — электромоторы с несбалансированным грузом, а чтобы смоделировать условия полета, подвесили вертолет на амортизационных шнурах. Вертолет буквально напичкали исследовательской аппаратурой. Испытания проводили по ночам, а днем обрабатывали полученную информацию. Так продолжалось месяц. Летом 1967 года первый летный образец был признан готовым к летным испытаниям. 27 июня 1967 года летчик-испытатель В. П. Колошенко впервые поднял В-12 в воздух с заводской площадки в Панках.

Весной 1967 года увидеть первый полет В-12 в заводской летно-испытательный комплекс съехались создатели вертолета, представители НИИ, заводов и смежных предприятий, Министерства авиационной промышленности, военные. Под марш авиаторов «Мы рождены, чтоб сказку сделать былью» мощный тягач вытащил вертолет из цеха. Он не мог там развернуться и выезжал хвостом вперед. Кто-то сказал тихо: «Плохая примета». Михаил Леонтьевич услышал это и помрачнел, он был суеверен. Пилот В. П. Колошенко развернул вертолет против ветра, порулил вправо, влево — машина слушалась. Затем он начал наращивать обороты двигателей, подготавливаясь к старту. Наконец вертолет плавно оторвался от земли и повис. И вдруг машина заплясала, начала медленно раскачиваться из стороны в сторону, затем накренилась и, не подчиняясь ручке управления, так с перекосом и пошла вниз. Когда вертолет коснулся земли, покрышки загнулись на одну сторону и колеса ударились о бетон ребордой. Одна из них сломалась, и камера с громким хлопком лопнула… Столько надежд рухнуло!

Очень скоро после неудачи Миль заболел, и недостатки системы управления В-12, обнаруженные после аварии, исправляли без него, хотя регулярно и обстоятельно докладывали обо всем Генеральному и получали в ответ указания и советы.

В этом полете был отмечен новый, неизвестный ранее вид автоколебаний типа «система управления — конструкция». Новое динамическое явление было проанализировано и под руководством М. Н. Тищенко быстро устранено путем увеличения жесткости системы управления. На концах стабилизатора появились дополнительные вертикальные шайбы.

Доработки во время госиспытаний касались преимущественно оборудования вертолета. Были установлены дополнительно к специально спроектированному автопилоту АП-44 опытный автопилот ВУАП-2, который позднее заменили на АП-34Б1, радиолокационная станция «Лоция», подвесные топливные баки и т. п. На В-12 были опробованы новые лопасти композитной конструкции: стальной лонжерон со стекпопластиковыми носовой частью и законцовкой с фольгированным сотовым заполнителем.

Наконец настал день, когда решили снова поднять машину в воздух. Опять собралось много народу, приехал и Михаил Леонтьевич. На этот раз полет прошел успешно, хоть и вытаскивали вертолет из ангара, как и в первый раз, хвостом вперед.

Громадина весом около 100 тонн поднялась с удивительной легкостью, в небе она была необыкновенно красива. В сопровождении двух Ми-10 вертолет перелетел на испытательный аэродром, откуда совершил больше ста полетов. Все запланированные испытания были закончены, началась подготовка новой машины к серийному производству.

С декабря 1967 года начались систематические подъемы В-12. Вся программа заводских испытаний была выполнена за месяц без осложнений. Осенью 1968 года В-12 поступил в ЛИИ на первый этап совместных государственных испытаний, который закончился в 1970 году дальним перелетом Москва — Ахтубинск — Москва.

В ходе государственных испытаний 22 февраля 1969 года экипаж В. П. Колошенко установил абсолютный мировой рекорд грузоподъемности, подняв груз 31 т на высоту 2350 м, а 6 августа того же года экипаж В-12 поднял груз 40,2 т на высоту 2250 м. Этот рекорд не побит до сих пор. Всего на В-12 установлено семь мировых рекордов. За установление рекорда грузоподъемности М. Л. Миль и его сотрудники получили в 1969 году второй приз Игоря Сикорского «За выдающиеся достижения в области проектирования вертолетов».