Самолет оснастили советскими моторами М-62ИР взлетной мощностью 1000 л. с. Этот двигатель являлся «двоюродным братом» SGR-1820-G2. Оба они представляли собой продукт совершенствования исходного SR-1820-F3, выпускавшегося в СССР под маркой М-25. Винты изменяемого шага тоже были отечественными, типа ВИШ-21 (автоматы).
Несколько перекомпоновали кабину и пассажирский салон, предусмотрели замену колес на отечественные, большего размера, спроектировали амортизационные стойки, рассчитанные на большую нагрузку.
Вопреки первоначальным ожиданиям, в 1938 г. ни одного самолета собрать не удалось. Первая машина вышла из цехов завода № 84 только летом 39-го. После непродолжительных заводских испытаний ее передали в НИИ ГВФ на государственные. Самолет, долго фигурировавший в документах просто как «Дуглас», теперь именовался ПС-84. Испытания шли с 3 сентября по 17 декабря. Совершили 166 полетов, налетав 73 часа 45 минут.
Прямо с испытаний самолет отправился на фронт, к финской границе. Всю зиму на нем перевозили раненых в тыловые госпитали. По уточненным данным НКАП, серийное производство ПС-84 требовалось развернуть в 4-м квартале 1939 г.: два самолета нужно было сдать в октябре, два — в ноябре и три — в декабре. Заказчиком всех их являлись ВВС. Реально сдали шесть. Еще 20 машин военные заказали на следующий, 1940 г.
Все первые «дугласы» имели значительную долю американских деталей. Например, на них стояли колеса «Бендикс» размером 1143x432 (основные) и 559x229 (хвостовое) с американской же резиной, часть электрооборудования, винты Гамильтон ЗЕ50 (взаимозаменяемые с отечественными ВИШ-21), радиополукомпасы Фэрчайлд С-7.
Но ВВС РККА хотели иметь не обычные пассажирские машины, а специальные военно-транспортные. Первый проект таковой был представлен Сеньковым в июне 1939 г. 29 июля постановление Комитета Обороны потребовало от завода в декабре выставить на государственные испытания опытный образец этого варианта. В ноябре один из первых серийных ПС-84 переделали в транспортно-десантный ПС-84К и провели заводские испытания, но при перегонке 4 января 1940 г. в НИИ ВВС машина потерпела аварию. На заводе срочно изготовили дублер. На этот раз на заводе летных испытаний не было, государственные в НИИ ВВС совместили с заводскими. Они начались 11 мая. Летали пилот капитан Предейн и штурман майор Марин-Федоров.
От серийных пассажирских машин ПС-84К отличался усиленным полом салона, широким люком с левого борта, с открывающейся вверх крышкой, наличием подъемного крана для облегчения погрузки тяжелых грузов. 26 десантников сидели не так как пассажиры в ПС-84, и не как в американском С-47 — по бортам, а на лавках вдоль оси машины, спина к спине. В отдельном кресле располагался командир десанта, у места которого сделали разъем для подключения к СПУ. При перевозке грузов все сиденья снимались. Внутренний объем фюзеляжа позволял разместить 10 бочек с горючим, две 45-мм пушки с передками или одну 76-мм. Можно было перевозить бидоны с маслом, авиамоторы, боеприпасы.
Предусматривалась и внешняя подвеска грузов. Специальный мост крепился под центропланом. На бомбодержателях Дер-19 и Дер-31 размещались разнообразные грузы — парашютные мешки ПДММ, бензобаки ПДББ емкостью от 100 до 400 л, универсальные короба (под 300 кг груза каждый). Сброс осуществлялся с помощью электросбрасывателя ЭСБР-3; стоял и запасной механический АСБР. Мост был съемным, пятеро рабочих ставили его всего за 7 минут.
Суммарная полезная нагрузка у ПС-84К равнялась 2400 кг — на 400 кг больше, чем у обычного ПС-84.
Госиспытания ПС-84К прошел удовлетворительно, и его рекомендовали на вооружение ВВС РККА. При этом потребовали устранить выявленные недостатки — изменить положение левой двери (встроенной в крышку грузового люка), застелить пол резиной, сделать сиденья десанта откидными, установить вооружение («не менее 2 пулеметов»), предусмотреть для десантников привязные ремни. Двигатели при температуре ниже 10 градусов мороза на маневрировании остывали — потребовали зимние жалюзи, а заодно надеть кок на втулку винта (на первых ПС-84 коков не было, как и на DC-3).
31 мая самолет на Центральном аэродроме демонстрировали наркому Ворошилову.
В ходе войсковых испытаний 17–18 июня с ПС-84К проводилось десантирование бойцов 201-й воздушно-десантной бригады на аэродроме Рельбицы под Ленинградом. Парашютисты покидали самолет через обе двери — левую и правую, за 12–14 секунд. Посадка десанта занимала около полутора минут. В выводах отчета записано: «Самолет ПС-84-К в десантном варианте значительно лучше самолета ТБ-3…»