Мe.309-V1 По мере расширения боевого опыта интерес люфтваффе к Ме.309 снижался все больше и больше ставку делали на установку на Bf.109 более мощных двигателей и вооружения, что не влекло задержек в работе сборочных линий. Тем не менее, работа над опытным Me.309-V1 (001 GE+CU) продолжалась. Самолет был готов в начале июня 1942 г. Наземные испытания были запланированы на 27 июня. Сначала на закрепленном и загруженном балластом самолете провели прогоны двигателя. Уже этого было достаточно для задержки из-за вибрации двигателя на слишком жестко закрепленном самолете полопались трубопроводы системы охлаждения. После решения этой проблемы начались рулежки на земле. При этом выявилась серьезная вибрация носового колеса, а после доработки и вихляние самолета на больших скоростях рулежки (эффект Шимми).
Hаиболее серьезные проблемы с шасси удалось разрешить к середине июля. 18 июля состоялся первый полет самолета под управлением Карла Баура, но через семь минут полет был прерван из резкого роста температуры охлаждающей жидкости. Оказалось, что при наборе высоты, когда двигатель работал на максимальных оборотах, носовая стойка шасси значительно затеняла подфюзеляжный радиатор, а мощности гидравлики было недостаточно для быстрой уборки шасси. Эту проблему решили удвоением мощности гидравлики, сократив тем самым время затенения радиатора носовой стойкой. После доработки гидравлики, створок ниш шасси и элеронов, казалось все серьезные проблемы были решены. 7 сентября 1942 г Me.309-V1 получил новый винт с возможностью реверса. Первый полет с ним состоялся на следующий день. Во время второй посадки в Лехфельде Баур использовал реверс винта сразу после касания. Торможение было настолько резким, что самолет развернуло, закрылки и руль высоты были повреждены, а после этого сломалась носовая стойка шасси. После ремонта испытания реверсивного винта прошли с большим успехом. Баур успешно отработал прием торможения самолета, который он эффектно продемонстрировал перед комиссией на рулежке перед наблюдателями Баур резко дал реверс и самолет тут же встал, а с голов членов комиссии слетели шляпы.
После завершения испытаний Мe.309-V1 был перегнан в Лейпхейм для снятия взлетно-посадочных характеристик на бетонной полосе аэродрома. Летные испытания показали скорость отрыва при весе 3700 кг в 180 км/ч, которая возрастала при весе 4100 кг до 200 км/ч. Me.309-V1 на испытаниях все норовил сойти со взлетной полосы, а на больших скоростях был неустойчив на курсе. В результате опытный самолет получил новый киль увеличенной площади, первоначально планировавшийся для Me.309-V3. 11 ноября 1942 г после этой доработки Me.309-V1 показали полковнику Адольфу Галланду, а 20 числа самолет был облетан в Рехлине испытателем РЛМ Беауваисом. Через два дня был проведен учебный бой с Bf.109G, который оказался более маневренным. Me.309 спасала только большая скорость полета.
Еще после одного полета Беауваис представил свой отчет: Возможно, что Ме.309 после доводок будет вполне сносен, но для среднего пилота он все равно будет представлять проблему, а посадка с носовым колесом представляет проблему даже для опытных пилотов. С полным вооружением самолет будет только на 50 км/ч быстрее, чем Bf.109G, и вряд ли будет лучше новых самолетов (т.е. Fw.190D), которые скоро появятся.
Второй опытный Me.309-V2 (GE+CV) был облетан 29 ноября 1942 г. Hо при посадке носовая стойка сломалась, и самолет был списан. Me.309-V2 отличался от V1 только установкой вместо DB-603A-1 нового DB-605B. Последний в марте 1943 г был поставлен на Me.309-V1. Самолет к этому времени был оснащен новым килем его меняли четыре раза, пока не были удовлетворены результатом. В марте 1943 г полетел Ме.309-V3 (GE+CW) с DB-605B он использовался для испытаний на больших скоростях. К этому времени программу испытаний было решено ограничить четырьмя опытными самолетами.
Четвертый и последний опытный самолет Me.309-V4 (RH+LH), который предназначался для испытаний вооружения, был готов и полетел в июле 1943 г. Me.309-V4 был оснащен двигателем DB-605B и нес чрезвычайно мощное вооружение, которое Мессершмитт предлагала для тяжелого варианта истребителя. Самолет имел два синхронных 13 мм пулемета MG-131, по 20 мм пушке MG-151 и пулемету MG-131 в корне каждого крыла и две 30 мм пушки МК-108 в консолях. МК-108 были частично скрыты под обтекателями на верхней поверхности крыла, по образцу испытанных на Bf.109-V31. С полным составом вооружения и с 880 л топлива Me.309-V4 весил 4875 кг и достигал скорости 575 км/ч на 15% меньше расчетов Мессершмитта.
После заводских испытаний в Аугсбурге Me.309-V4 должны были перевести в Лейпхейм, но до этого его разбомбили союзники. Me.309-V3 позже использовался для испытания гермокабины и катапультируемого кресла для Ме.262, а на Me.309-V1 продолжались испытания трехстоечного шасси и реверсивного винта.
Перед прекращением работ над Ме.309 в проектах были несколько серийных вариантов самолета:
Me.309A-1 - легкий истребитель с вооружением из двух 13 мм пулеметов MG-131 и 30 мм пушки МК-108;
Me.309A-2 - тяжелый охотник c вооружением по образцу четвертого опытного самолета; пикирующий бомбардировщик Me.309B-1 с вооружением по образцу А-1 и держателями на пару 250 кг бомб под крыльями.
Hа эти самолеты планировалось ставить двигатели DB-603G взлетной мощностью 1900 лс и 1560 лс на высоте 7400 м либо Jumo-213H взлетной мощностью 2650 лс и 2160 лс на высоте 7400 м. Еще одним возможным направлением развития был проект Ме.609 спарки двух Ме.309 с помощью прямой секции крыла между двумя фюзеляжами.
