В августе 1964 г ОКБ-115 приступило к доработке эскизного проекта Як-40. Руководителем темы стал зам. главного конструктора Е.Г Адлер (некоторое время этим занимался М.Г Бендерский, с 1967 г — первый зам. Генерального конструктора). Ведущими инженерами были Р.С. Петров и М.А. Щербина. Эскизный проект Як-40 в полном объеме Генеральный конструктор утвердил 5 мая 1965 г., через несколько дней после выхода Постановления Совмина от 30 апреля 1965 г, согласно которому ОКБ-115 официально получило задание на создание пассажирского самолета Як-40 для местных авиалиний. По существу, это постановление дало ход уже рабочему проектированию на основе созданного ранее задела.

Так как самолет создавали в расчете на эксплуатацию с небольших аэродромов, в т. ч. грунтовых, потребовалось обеспечить высокие взлетно-посадочные характеристики. Кроме того, с учетом специфики местных авиалиний конструкторы стремились упростить машину и повысить ее надежность. На Як-40 использовали прямое крыло большой площади, что дало возможность отказаться от сложных многощелевых закрылков и предкрылков. Шасси снабдили колесами необычно большого диаметра, что позволило Як-40 спокойно взлетать и садиться на аэродромах с прочностью грунта 5–6 кг/cм?. На упрощение и повышение надежности было также направленно решение использовать безбустерное управление. Соображениями надежности определялся и выбор трехдвигательной силовой установки. Считалось, что при отказе одного двигателя самолет сможет уверенно продолжить взлет, а в горизонтальном полете не страшен отказ даже двух двигателей.

С 19 по 26 июля 1965 г макетная комиссия рассмотрела доработанный макет и составила предварительное заключение с замечаниями. После их устранения совместная комиссия МГА и ВВС еще раз изучила макет, и 6 января 1966 г утвердила соответствующий Акт, хотя и на этот раз не без замечаний. Правительственными решениями постройка первого летного экземпляра, статмашины, предсерийных самолетов и натурных стендов была возложена на авиазаводы №№ 115, 292 и 475 (ОКБ А.С. Яковлева, Саратовский и Смоленский соответственно), а также на завод № 149.

Сборка первого летного прототипа была завершена в июле 1966 г., в соответствии с графиком МАП. Опытный Як-40 (борт СССР-1966) изначально не имел боковой служебной двери. Более поздние снимки показывают эту машину с новым бортовым номером СССР-19661 и уже с боковой дверью. Еще одной особенностью исходного СССР-1966, а также двух последующих предсерийных экземпляров (№ 01, СССР-1967 и № 02, СССР- 19672) был аварийный люк для спасения экипажа в критической ситуации. Воздухозаборники среднего двигателя на этих машинах имел прямой срез.

А.С. Яковлев и министр гражданской авиации Е.Ф.Логинов (в первом ряду справа налево) в макете Як-40

Первый летный прототип Як-40 в полете

Выполнить первый полет Як-40 поручили летчикам-испытателям ОКБ А.Л. Колосову и Ю.В. Петрову. С 25 сентября 1966 г начались заводские испытания на подмосковном аэродроме Раменское (г Жуковский), где располагался ЛИИ и летно-испытательные подразделения многих ОКБ. После наземной отработки 20 октября самолет выполнил две скоростные пробежки и два подлета. 21 октября состоялся первый полет, который прошел успешно. Вот как писал об этом спецкор «Правды» К. Распевин: «…Первый полет… продолжался 24 минуты. Оторвав самолет от земли, Арсений Колосов, сидевший на левом кресле, и Юрий Петров, занимавший место второго пилота, плавно подняли машину на высоту триста метров. Пробили облачность. Сделали два круга и благополучно приземлились. Их первые впечатления: самолет устойчив, в управлении прост..».

В целом, заводские испытания прошли успешно и были засчитаны как первый этап Государственных совместных испытаний (ГСИ), 28 декабря (по другим данным 25 декабря) 1966 г самолет передали на второй этап ГСИ.

Еще до 1 января 1966 г ОКБ закончило отработку технической документации и передало ее заводам №№ 292 и 475. В Саратове началась постройка 12 машин нулевой серии. По плану первые самолеты должны были выйти из ворот сборочного цеха еще в 1966 г Однако один из документов констатирует, что «из-за неудовлетворительной организации дела на заводах №№ 292 и 475 установленные МАП сроки постройки самолетов в 1966 году не выполнены. Первые машины саратовской сборки были закончены постройкой только в 1967 г. В марте 1967 г. летчик-испытатель ОКБ Ю.В. Петров с летчиком-испытателем ЛИИ В.Н. Эсгеймом и бортовым инженером К.Е. Сепп подняли в небо два первых серийных самолета Як-40».

Поступление первых четырех машин нулевой серии растянулось на весь 1967 г Задержка поставок, а также отвлечение двух вышедших на испытания самолетов для подготовки и участия в Парижской авиационной выставке и воздушном параде в Домодедово затормозили ход ГСИ Як-40, которые фактически развернулись только с августа 1967 г Учитывая большую потребность в таких самолетах, правительство приняло решение о запуске Як-40 в серийное производство до окончания Госиспытаний.

В августе 1967 г в ГосНИИ ГА были начаты испытания по программе второго этапа ГСИ. Они проводились на пяти Як-40; опытном и самолетах с заводскими номерами 01, 02, 03 и 04 (нулевой серии) и завершились в сентябре 1968 г (в одном из документов указана и другая дата — 21 августа 1968 г). Эти испытания проводили летчики-испытатели ГосНИИ ГА С.И. Горчилин, О.С. Полудо, ГП. Деменко, инженер-испытатель Ю.П. Александров. «Летчики-испытатели и инженерно-технический состав ГэсНИИ ГА буквально с первых полетов влюбились в эту машину и высоко оценили летно-технические характеристики самолета Як-40», — отмечено в одной из справок ОКБ.

Основная программа ГСИ была дополнена специальными испытаниями на грунтовых и заснеженных аэродромах. Проводилось сравнение проходимости самолетов Як-40 и Ли-2, исследования нагрузок, действовавших на агрегаты планера Як-40 при эксплуатации на грунтовых и бетонных ВПП, летные испытания Як-40 на больших углах атаки. Кроме того, проверялись характеристики устойчивости и управляемости на предпосадочном планировании; проходила отработку опытная противообледенительная система в условиях естественного обледенения; испытывалась эффективность доработок, проведенных ОКБ по замечаниям ГСИ, другие работы. В общей сложности на всех самолетах было выполнено 549 полетов с общим налетом 439 ч 30 мин.

Акт № 11.23-ЯК-40/68 по результатам ГСИ Як-40 был утвержден министром гражданской авиации Е.Ф. Логиновым и министром авиапромышленности П.В. Дементьевым 30 сентября 1968 г Самолет испытания выдержал и был рекомендован для принятия на снабжение в МГА после выполнения некоторых доработок, указанных в акте. Акт также предписывал ОКБ провести мероприятия по обеспечению эксплуатации самолета на грунтовых аэродромах с размокшим верхним слоем, ускорить предъявление МГА самолета Як-40 с малогабаритным спецоборудованием и туристского варианта машины. Кроме того, предлагалось обязать ОКБ ввести в серию на Як-40 реверсивные тормозные щитки с реверсированием тяги на среднем двигателе.

Эксплуатационные испытания Як-40 прошли с 6 мая по 26 августа 1968 г на базе Московского управления спецприменения и МВЛ (аэропорт Быково). В них участвовали четыре Як-40 с бортовыми номерами СССР-87671, -87672, -87673 и -87674 (№N9 06, 07, 08 и 09 нулевой серии). Их общий налет за четыре месяца составил 1684 ч 53 мин при 1889 посадках. Несмотря на выявленные дефекты, было признано, что Як-40 эксплуатационные испытания прошел удовлетворительно. В целом, «яковлевцам» удалось реализовать концепцию, сформулированную перед началом создания машины, и на местные авиалинии выходил современный, надежный и при этом относительно простой лайнер.