Задавшись целью достижения наибольшей скорости, Бартини впервые в Советском Союзе применил одноколесное убирающееся велосипедное шасси. Складывались и подкрыльевые опоры, не дававшие самолету на земле ложиться на крыло. Процесс выпуска и уборки шасси проходил вручную, для этого в кабине имелся расположенный сбоку специальный штурвал. Гидравлических и электрических систем уборки колес в те годы еще не существовало.

Для снижения лобового сопротивления конструктор отказался от традиционного радиатора и применил испарительное охлаждение мотора. Охлаждающая жидкость, омывая цилиндры двигателя, испарялась и, пройдя через канал, образованный двойной обшивкой носка крыла, возвращалась обратно в виде конденсата. Фонарь кабины пилота почти не выступал за обводы фюзеляжа, что тоже способствовало увеличению скорости полета.

Первым опробовал в воздухе «Сталь-6» летчик-испытатель НИИ ВВС А.Б.Юмашев. Произошло это, судя по летной книжке Андрея Борисовича, 27 июля 1933 года.

В первом полете «Сталь-6» выявился серьезный дефект машины – отсутствие герметичности в системе охлаждения двигателя. Пар, вырвавшийся из-под листов конденсатора, буквально окутал самолет. Летчик также высказал пожелание улучшить обзор из кабины. Доработки испарительной системы охлаждения и изменение кабины и фонаря пилота затянулись, и лишь 11 мая 1934 г. А.Б.Юмашев вновь отправился в полет на «Сталь-6».

17 июля 1934 года «Сталь-6» была принята специалистами НИИ ВВС для проведения государственных испытаний. Перед военными испытателями стояло несколько задач, но главными были две: изучение поведения парового охлаждения для дальнейшего его применения на современных самолетах и определение возможности эксплуатации самолета на шасси с одним колесом.

В первом же полете ведущего летчика-испытателя Петра Михайловича Стефановского, состоявшемся на следующий день, вновь выявился серьезный дефект в системе охлаждения мотора. Машину поставили на доработку, продолжавшуюся два дня, и 20 июня Стефановский вновь поднял ее в воздух. В тот день предстоял полет с убранным шасси по определению поведения самолета на максимальной скорости при работе мотора на номинальном режиме. Но завершить испытание не удалось: в полете оборвался трос, предназначавшийся для уборки и выпуска одной из крыльевых опор. Попутно дали о себе знать еще двенадцать дефектов. И снова доработки, на этот раз затянувшиеся более чем на две недели.

8 июля состоялся третий испытательный полет на километраж (определение скорости на мерной базе при полете у земли), но задание и на этот раз не было выполнено полностью. По мере увеличения скорости самолет стало кренить влево. Летчик вынужден был прекратить полет. К тому же на земле обнаружился обрыв ленты, крепившей собиратель пара в левой плоскости.

Машину быстро ввели в «строй», но на следующий день в полете сорвало фонарь кабины летчика.

Спустя тридцать с лишним лет Петр Михайлович по этому поводу вспоминал: «Машина развивала рекордную для того времени скорость – 420 км/ч.

Достигнуть ее было не просто. Управляемых триммеров тогда еще не изобрели. На элеронах имелись регулируемые на земле ножи. А они нередко вызывали у самолета стремление выполнить то правую, то левую бочку. Возникавшие усилия преодолевались тяжело. Отгибание ножей между очередными полетами не давало нужной точности.

Пятый полет «Стали-6», состоявшийся 13 июля, едва не закончился катастрофой. В тот день в 20 часов 45 минут предстоял полет на километраж. На высоте 1000 метров Стефановский убрал шасси и, снизившись до 300 метров, начал выполнение задания. Когда летчик приступил к очередному режиму и увеличил обороты двигателя до 2200 в минуту, самолет начал сильно валиться влево. Осторожный и к тому времени накопивший большой опыт в испытаниях самолетов Петр Михайлович решил прекратить полет и, поднявшись на 1000 метров, стал выпускать шасси.

Для контроля этого процесса конструкторы предусмотрели пять электрических лампочек. Когда шасси выпущено и встало на замок, все лампочки гасли. На этот раз одна из них продолжала гореть. Летчик повторил операцию по уборке и выпуску шасси, вращая штурвал. Но это ничего не дало. Как поступить дальше? Прыгать с парашютом или выполнять посадку на фюзеляж? Пилот принял второе и, как оказалось, верное решение. Летчик сел отлично, а самолет получил незначительные повреждения.

Основная причина поломки самолета «Сталь-6» произошла из-за конструктивных и производственных недоделок механизма подъема и опускания шасси и подкрыльевых костылей.

Это был второй случай, связанный с неисправностью механизма уборки и выпуска шасси самолета «Сталь-6».

В заключении отчета об испытаниях самолета «Сталь-6 говорилось:

«1. НИИ ВВС отмечает, что конструктором Бартини в самолете «Сталь-6» решены принципиально два очень важных вопроса: 1) паровое охлаждение мотора, 2) посадка и взлет скоростного самолета на одном колесе.

а) Паровое охлаждение мотора в летных условиях во время полета имеет вполне удовлетворительную эффективность: мотор не греется.

б) при разбеге и пробеге на шасси с одним колесом самолет обладает удовлетворительной устойчивостью пути и не требует от летчика особого внимания для сохранения прямой.

2. Паровое охлаждение мотора в предъявленном виде является недовведенным.

НИИ ГВФ необходимо в самом срочном порядке устранить обнаруженные дефекты в соответствии со сводкой испытаний и передать самолет на повторные госиспытания…

Свою резолюцию на отчет наложил и Начальник ВВС РККА Я.И.Алкснис:

«Так как совершенно новые и оригинальные конструкторские элементы – паровое охлаждение мотора и применение одного колеса при испытании себя оправдали, рекомендовать конструкторским организациям ЦАГИ, 39 завода и др. использовать опыт конструктора Бартини в этой части…».

Согласно летной книжки Андрея Борисовича Юмашева, последний зафиксированный полет на «Сталь-6» состоялся 5 октября 1934 года.