就在当年年底，亨克尔同恩斯特.乌戴特等人见了次面，稍稍修改了原先的计划。决定将 V-1 和 V-2 号原型机用于各种性能测试，而将 V--3 装上专用的竞赛机翼（比标准型的翼展略为缩短）用于打破世界速度纪录；至于 V-4，则计划作为批量生产的先导验证型号。乌戴特对计划中的创纪录飞行非常感兴趣，并以此为理由终于说动了 RLM 认可这一方案。
原型机的开发和生产
He 100 的第一架原型机 V-1 于 1938 年一月二十二日首次试飞，仅仅比预期晚了一周时间。该机的速度确实惊世骇俗，但却同样有一些毛病未能克服。其中最主要的是航向的稳定性，在空中会象 He 112 的早期型号一样“蛇行”。另外，空军试飞员对于该机的高翼载颇为不满，这一点使得该机的着陆速度较大，飞行员往往在着陆的最后一百米必须全力踩刹车才能让飞机不冲出跑道。地勤人员同样不喜欢 He 100，他们抱怨说该机引擎罩的设计太紧凑，使得对发动机的维护格外困难。当然，该机在维护上的最大问题毫无疑问还是来自冷却系统。工厂对 V-1 号原型机做了一系列测试后在三月份将其送到了空军雷赫林（Rechlin）测试中心。
He 100V-1，小垂尾设计
V1 的另一个角度
为了解决飞行中的稳定性问题，第二架原型机更改了垂直尾翼的设计，从原先近似于三角形改为接近长方形的外形，面积也加以扩大。同时，那个麻烦不断的翼面冷却装置也被翼下半收放式的普通散热器所取代，发动机也换成了实验中的 DB 601M（当初设计时就预定搭载这种引擎）。DB 601M 使用辛烷值 96 的 C3 燃料，可以为飞机提供较大的动力。
V-2 在三月份完工后，工厂计划用它做了一次从往返于乌斯特罗（Wustrow）和米里茨（Müritz）之间总计约 100 公里闭合航线的速度测试。虽然预定是由经验丰富的老试飞员赫廷上尉（Captain Herting）驾驶，不过乌戴特在雷赫林试飞了 V-1 号原型机后喜欢上了 He 100，决定亲自驾驶 V-2 完成这次挑战。1938 年 6 月 5 日，He 100V-2 在乌戴特驾驶下以时速 634.73 公里/小时（394.6 英里/小时）完成了这次飞行。需要指出的是，其间该机的冷却系统又出了故障，仪表盘上的告警灯闪个不停，不过乌戴特对这种飞机的仪表不怎么熟悉，根本不知道这个信号的含义，完全无视警告倒反而使他顺利地完成了全程飞行！
Enst Udet（左）与 He 100 的留影，推测是1938 年 6 月 5 日的那次飞行前后
这一纪录立刻被德国人拿去大肆宣传，不过在各类出版物上该机都被写成了“He 112U”（U 是指乌戴特驾驶该机一事而言）。这样的安排当然也有亨克尔公司自己的考虑，毕竟当时 He 112 仍在生产和销售中，这么处理可以避免新飞机抢了 He 112 的风头，也可以在客户面前增加后者的吸引力。之后，V-2 号原型机同样被送到了雷赫林（Rechlin），由空军进行各类测试，不过当年十月就由于尾轮未能正常放下而在一次着陆事故中受损。按理说对飞机的损害应该不大，但却没有进一步的资料证明该机其后的命运。
V-3 号原型机换上了用于竞赛的短机翼，使得该机的翼展从 30 英尺 10 英寸缩短到 24 英尺又 11 英寸，翼面积也从 155 平方英尺缩小到 118.4 平方英尺。为了提高速度，座舱罩也换成了较小且外形更加流线的样式，另外还对机身表面所有的连接点和突起用腻子整形后再加以打磨。由于在整体组装时预定的 DB 601R 发动机还没有运到，只好在工厂测试飞行时先用 601M 充数。
He 100V-3——D-ISVR，注意垂尾形状的改变
八月份，预定的 DB 601R 终于运到了工厂并装上了飞机。这么一来螺旋桨的最高转速从 2,200 转提高到 3,000 转，同时通过采用向燃料中添加甲基酒精的办法可以提高增压器的冷却效率并在短时间内将发动机的输出功率提高到 1,776 匹马力（不过这么一来就必须在每一次飞行后彻底排干发动机中剩余的燃料，对战地情况下的维护保养来说非常不利）。九月份，V-3 号原型机被送到了瓦尔讷明德（Warnemünde）准备用来冲击当时国际航联的陆上机速度纪录。
不过就在正式向世界纪录挑战前的一次飞行中，该机的起落架由于故障而不能正常放下并锁住。当时驾驶 V3 的是亨克尔公司的首席试飞员厄哈德.尼塍科（Gerhard Nitschke），在判断不可能安全降落后他当机立断决定跳伞逃生，并让飞机在机场中的无人区域坠毁。不过他在跳伞过程中却被飞机尾部打到，所幸只受了轻伤；而 V-3 号原型机则完全毁坏，令德国空军不得不中断了用该机破世界纪录的计划。
同样在 1938 年夏天完工的 V-4 号原型机是唯一一架 He 100B 型飞机（V-1 到 V-3 皆被称作“A 型”）。当 V-3 号坠毁后位于雷赫林的该机便接受了作为竞速机的必要改造，继续向世界速度记录挑战。需要说明的是，尽管没有武装，该机却仍旧可说是一架标标准准的“战斗机”。安装 DB 601M 发动机的 V-4 在性能上远远超过了德国空军手中制式的 Bf 109 型战斗机，尤其是在平飞极速这一栏上。从当年夏天测试中的数据来看，He 100 在海平面的速度便达到了 348 英里/小时，甚至超过了 Bf 109 在其最佳使用高度的性能。在 6,560 英尺的高度上，He 100V-4号飞出了 379 英里/小时的好成绩；而在 16,400 英尺的高度上，该机的速度高达 416 英里/小时！就算在 26,250 英尺高度也有 398 英里/小时的实力。V4 后来在十月二十二日因为起落架折断而损坏，不过并没有受到严重的损坏，修复后在第二年的三月份重上蓝天。
虽然 V-4 是最初计划的四架原型机中的最后一架，不过生产并没有就此停止。亨克尔决定继续生产六架原型机，以便继续加以改进。由于 V-3 的坠毁，V-8 的机体便被改成了 V-3 二代，不过却装上了 DB 601Aa 发动机，并在十二月一日进行了首次试飞。到第二年一月，该机又换上了 601R 型发动机在奥拉宁堡（Oranienberg）进行试验，并在汉斯.迪耶特勒（Hans Dieterle）的驾驶下达到了 746.6 公里/小时（463.9 英里/小时）的极限速度，创下了新的世界纪录。不过在大众出版物上，这一纪录还是归于 He 112U 的名下。该机最终的结局如何不得而知，很可能也和后来的 V-9 号原型机一样被用于迫降试验而损毁。