Испытания трех ИС-5 начались 20 апреля 1950 года — с опозданием на 20 дней — и длились до 12 мая. В первый же день произошла неприятность — две машины (№ 102 и № 103) при прохождении ручья с заболоченными берегами застряли. Для их эвакуации потребовалась помощь танка ИС-4, который их вытащил. Тем не менее, новые танки показали себя в условиях тяжелой трассы полигона (сильно пересеченная заболоченная местность, грязные дороги с большим количеством поворотов и т. п.) себя неплохо. 29 апреля 1950 года председатель комиссии по испытанию «объекта 730» генерал-лейтенант Б.Г. Вершинин направил докладную записку в адрес командующего бронетанковыми и механизированными войсками Вооруженных Сил и министра транспортного машиностроения, в которой сообщал:
«Ходовые испытания начаты 20 апреля с.г., на 26 апреля машина № 102 прошла 1022 км, № 103-1031 км. Пробеги производили по местности и весенним фунтовым дорогам. Часть трассы проходила по танкодрому Бронетанковой школы.
25.04. проводили специальные испытания: развороты на месте на 360 град., подъемы и спуски в 28 град., движение с кренами 12 град., преодоление противотанковых рвов в 3 м ширины.
Первый этап испытаний вооружения показал, что кучность боя из пушки удовлетворительная, скорострельность из пушки при расстреле всего боекомплекта с применением механизма досылания примерно в 1,5 раза выше, чем при ручном заряжании. Кучность стрельбы из зенитной установки неудовлетворительная, пользоваться этой установкой неудобно.
Установлен высокий уровень внутританковых шумов, которые в области низких частот (50-100 Гц) достигал 132 децибела, и превосходит шумы всех отечественных танков. Из-за этих шумов и помех в электрооборудовании на расстоянии 23–25 км радиосвязь вместо 100 % прохождения радиограмм дает 20–82 %».
На 5 мая 1950 года танк № 102 прошел уже 1805 км, а № 103-1774 км. Среднесуточный пробег составлял примерно 230 км, и несмотря на ряд выявленных недостатков (разрыв тормозных лент, поломка бортовой передачи, течь топливных баков) комиссия, проводившая испытания, дала машинам положительную оценку. В своем заключении она записала, что танки соответствуют утвержденной тактико-технической характеристике, обладают большей надежностью по сравнению с другими тяжелыми танками, а по конструкции «являются перспективными машинами, позволявшими проводить их дальнейшую модернизацию».
Вместе с тем, комиссией отмечалось и значительное количество недостатков, о чем она сделала соответствующую запись:
«Опытные образцы нового тяжелого танка вследствие ненадежной работы трансмиссий и бортовых передач в пределах гарантийного километража срока службы, неудовлетворительной работы радиосвязи, спаренного и зенитного пулеметов, и ряда других существенных недостатков, государственные испытания не выдержали…
По результатам государственных испытаний был составлен и утвержден Военным Министром т. Василевским и Министром Транспортного машиностроения т. Максаревым перечень доработок тяжелых танков».
Параллельно с государственными испытаниями, на полигоне в Кубинке провели обстрел корпуса и башни (с установленной ходовой частью, орудием, прицелом и механизмами наводки).
Испытания прошли с 16 мая по 4 июня 1950 года, огонь велся из 122-мм пушки Д-25, 88-мм немецкой трофейной и 76,2-мм ЗИС-З. Результаты показали, что корпус и башня «держат» 122-мм бронебойный снаряд со всех дистанций при курсовых углах от +40 до -40 градусов. В целом отмечалось, что прочность корпуса «объекта 730» значительно выше, чем у ИС-3, а по башне примерно сопоставима с ИС-3.
Танки «объект 730» № 102 и 103 после окончания испытаний прошли необходимый ремонт на Ленинградском Кировском заводе, и их отправили в Туркестанский военный округ. Здесь, в районе города Мары с 28 июня по 13 июля 1950 года они прошли испытания в условиях высоких температур (до +42 градуса в тени) и сильного запыления. Общий пробег танков составил более 1000 км, при этом провели два безостановочных пробега протяженностью 50 и 100 км. Средняя скорость движения «объекта 730» в условиях Средней Азии составила до 30 км/ч по шоссе, 17–20 км/ч по грунтовым дорогам и 17–19 км/ч по пересеченной местности. При этом отмечалось, что на условиях вождения отрицательно сказывалась пыль, поднятая танками. Проникая внутрь машин, она сильно осложняла работу не только механику-водителю, но и остальным членам экипажа (затруднялась работа подъемного и поворотного механизмов и вращение командирской башенки). Также очень быстро «забивались» воздухоочистители — они обеспечивали работу в пределах 8-12 часов. Последующая их чистка требовала не менее трех часов работы всего экипажа и большого расхода газойля и масла для промывки.