Еще до начала испытания комплекса в сколько-нибудь штатной комплектации проводились автономные испытания аппаратуры. Для испытаний аппаратуры подготовили Ли-2, который приобрел весьма впечатляющий для масштабов этого "воздушного корабля" обтекатель. К началу 1958 г. серийные МиГ-19 №61210418 и №61210419 были доработаны под летающие лаборатории для испытания аппаратуры самолета-снаряда ЕС и получили обозначения, соответственно, МиГ-19СМК/1 и МиГ- 19СМК/2. Для размещения в фюзеляже и специальных гондолах аппаратуры ЕС-1, ЕС-2 и ЕС-3 с самолетов демонтировали штатное пушечное вооружение, бак №2, прицел и другое оборудование. На них был выполнен весь объем необходимых испытаний, а первоначально планировавшаяся отработка ЕС-2 на Ми-4 так и не проводилась.
Туполевская фирма своевременно подготовила необходимую документацию, и 10 декабря 1957 г. на казанском заводе №22 был выпущен первый носитель Ту-16 №7203805, а в следующем году – второй, №7203806. На этих самолетах вначале также проводилась автономная отработка станции "ЕН".
Первый собранный летный самолет-снаряд К-ЮС был отправлен на полигон во Владимировку в октябре 1957 г. Таким образом, к концу 1957 – началу 1958гг. система в полном составе была представлена на совместные летные испытания. В начале 1958 года выполнили ряд полетов Ту- 16с запуском в полете двигателя самолета-снаряда. Однако компоненты самолета-снаряда требовали доводки, и первый пуск состоялся только спустя полгода, 28 мая 1958 г., при этом он был выполнен в упрощенном, чисто автономном режиме без задействования систем наведения и самонаведения. Очередные пуски провели 7 июля и 8 августа. До конца года было выполнено всего 5 пусков, в следующем 1959 г. – дюжина. Однако из-за отказов аппаратуры ЕС, ЕН, двигателя М-9ФК к началу 1960 г. было выполнено только 6 успешных пусков.
Как нередко бывает, в ходе летных испытаний не в полной мере подтвердились полученные по результатам продувок моделей в трубах ЦАГИ аэродинамические характеристики самолета-снаряда. В результате уточнения динамических параметров потребовалось увеличить угол отклонения элеронов с ±12 до ±17°.
Кроме того, в нескольких пусках самопроизвольно выключался двигатель самолета-снаряда. Мобилизованные на решение проблемы специалисты ЦАГИ и ЦИАМ, по-видимому, достаточно долго предавались живому созерцанию фотографий крылатой ракеты «Регулус-2" и, обобщив плоды раздумий, предложили доработать гондолу двигателя К-10С аналогично американскому аналогу, выдвинув вперед ранее слабовольно оттянутую назад нижнюю губу воздухозаборника. Кроме того, по завершении разработки К-10С отличался от своего проектного облика также отсутствием топливного бака между аппаратурой ГСН и боевой частью – все баки размещались непосредственно в топливном отсеке. Законцовки аэродинамических поверхностей закруглились, на поворотном стабилизаторе их дополнили противофлаттерными балансирами.
К середине 1958 г. запоздалое и не слишком удачное начало испытаний в сочетании с другими обстоятельствами поставило под вопрос целесообразность продолжения разработки.
Изначально "сверхзадачей" работ по системе К-10 было создание "реактивного вооружения" для "самолета Ту-105". Однако реактивная техника быстро совершенствовалась, и спустя несколько лет в качестве основного вооружения сверхзвукового носителя стал рассматриваться усовершенствованный самолет-снаряд К- 10П с системой управления типа "Метеор", при этом предусматривались пуски по целям на дальности до 300 км. Как известно, система "Метеор" применялась на самолете-снаряде КС-7 системы ФКР-1 для поражения стационарных целей. Затем повысили и требования к скорости К-ЮП с доведением ее до 2700…3000 км/ час. Для этого на новом варианте предполагалось использование разрабатываемого Сорокиным более мощного турбореактивного двигателя КР-5-26 с тягой 4000 кг; от стреловидных крыльев и оперенья перешли к треугольным. Этот эволюционный процесс завершился после принятия 17 апреля 1958 г. Постановления №424-201 о создании системы К-22 с одноименной ракетой. Уровень требований к скоростным и высотным характеристикам возрос настолько, что разработчики ракеты приняли решение о использовании жидкостного ракетного двигателя взамен воздушно-реактивного. Наряду с разработкой системы К-22 для усовершенствованного варианта Ту-22 с новыми двигателями предусматривалось применение К-ЮС на начальном этапе отработки и освоения первого сверхзвукового носителя.
Таким образом, с весны 1958г. К-10С рассматривалась только как вооружение уже морально устаревших и предназначенных к снятию с производства Ту-16. На заводе №64 в Воронеже их уже сменил Ан-10, на заводе №22 в Казани начался процесс перехода на Ту-105 (Ту-22). Куйбышевский завод переживал еще более болезненную ломку, решая ответственную задачу развертывания серийного производства первой в мире межконтинентальной баллистической ракеты Р-7.