1969年3月，直-6机01架在112厂完成静力试验，试验结果达到试飞要求。直-6的02架原型机于1969年12月初完成装配，经过调试排故以及地面滑行、空中悬停和近地面飞行。1966年9月，哈尔滨飞机厂开始直-6的设计工作，内容包括全机协调、打样设计和设计样机图纸，样机的主要任务在前舱和动力舱。机身中段用的是直-5新零批静力试验机的后部。1967年3月，工厂完成样机的全部工作。3月22日，空军司令部派出样机鉴定小组与当时工厂技术负责人共同对样机进行鉴定，对方案基本肯定，并提出40余条改进建议。工厂立即采取措施改进，在12月末发出全部图纸和技术文件。1969年11 月，02架试飞样机总装完毕。1969年12月15日，飞行员王培民驾驶02号直升机进行了成功首飞。1970年1月25日，直-6完成全部试飞科目，历时42天，14个飞行日，34架次，总飞行时间20小时26分。1970年3月，直-6机02架飞往北京进行表演，空军随后提出几条修改意见:舱门刚度要加强，主轴要加高，机头散热器罩要流线型，去掉领航员舱，发动机要改为0级可调和前4级可调。同时，请专家去哈尔滨协助排除振动问题。03架直6于1970年8月到南京大校场机场进行高温试飞。试飞结果是:起飞质量为8100千克，可以作无地效悬停25米以上起飞。在 1000米高度上最大平飞速度为200千米小时，最小平飞速度为70千米/小时。之后，03架又到兰州榆中机场、西宁机场进行高原试飞 。
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