За время заводских испытаний, которые завершились 21 июня, самолет И-307 показал более высокие летные характеристики, чем серийный МиГ-9. Максимальная скорость полета составила 950 км/ч на высоте 3000 м. Время набора высоты 5000 м сократилось до 3,9 мин. После выполнения программы заводских летных испытаний самолет начали готовить к передаче в ГК НИИ ВВС на государственные испытания. Однако из-за отсутствия новых двигателей BMW-003c истребитель И-307 передали на госиспытания только 2 августа. Однако они продолжались не долго, так как 19 августа самолет потерпел катастрофу, в которой погиб летчик-испытатель Герой Советского Союза В.Г.Масич.

В декабре 1947 г. на заводские испытания был выпущен второй экземпляр самолета И-307 (ФФ-2). К этому времени под руководством главного конструктора завода No.16 С.Д.Колосова на базе двигателя BMW-003c был создан отечественный аналог, получивший наименование РД-21. Именно два таких двигателя стояли на второй машине "ФФ". Форсирование двигателей РД-21 произвели за счет повышения числа оборотов до 10000 об/мин и изменения регулировки конуса, что повысило температуру газов и в свою очередь тягу. Тяга на пятиминутном форсаже была доведена до 1000 кгс, а максимальная температура при этом допускалась до 680°С. В связи с повышением температурных режимов в конструкцию двигателя внесли ряд изменений: для увеличения жаростойкости был изменен материал камер сгорания, сопел и рабочих лопаток турбины, а последние также усилили.

Регулировка конуса РД-21 имела три положения ("3" - запуск, "В" - номинал и "П" - форсаж) вместо четырех, что существенно упростило управление двигателем. Вместе с этим на нем перекомпоновали размещение агрегатов для максимального упрощения доступа к ним. Ресурс двигателя составлял 50 часов с осмотром через 25 часов. Первый вылет на машине "ФФ-2" выполнил 25 декабря 1947 г. летчик-испытатель И.Т.Иващенко. В начале февраля 1948 г. были определены взлетно-посадочные свойства самолета И-307 (ФФ-2) с помощью измерительной фотокинотеодолитной установки "Аскания", которая позволяла получить наиболее точные данные. При взлетной массе 5030 кг длина разбега составила 765-810 м. Пробег с посадочной массой 4550 и 4850 кг составил соответственно 890 и 965 м. 14 февраля Иващенко перегнал машину "ФФ-2" в ГК НИИ ВВС на государственные испытания. Однако, несмотря на более высокие характеристики, истребитель И-307 так и остался в опытном экземпляре, так как в марте 1948 г. было принято решение о начале серийного производства более совершенного МиГ-15 (И-310, С). А для сохранения темпов перевооружения истребительной авиации на реактивные самолеты было решено продолжать в 1948 г. выпуск истребителей МиГ-9 по образцу, прошедшему государственные испытания в 1947 г., то есть без каких либо существенных нововведений.