随着试飞工作的深入，He 177 暴露出越来越多的问题。除发动机过热外，飞机的整体性能表现同样令人失望，其最大速度仅为 460 公里/小时，航程仅为 4,600 公里，远远低于设计指标。
He 177V1 完成首飞几周后，第 2 架原型机 He 177V2 也加入试飞行列。V2 与 V1 在设计上差别不大，只是仍保留了旧的小面积尾翼。在一次俯冲测试中，V2 因遭遇严重的震动现象在空中解体，飞行员当场身亡。V2 失事后，亨克尔为仍在生产线上的 V3、V4 和 V5 三架原型机换装了面积更大的尾翼。俯冲测试随后由 V4 机接替，但在一次测试中，V4 的螺旋桨变距机构突然失灵，导致飞机无法从俯冲中改出，坠入波罗的海。
1940 年 2 月 He 177V2 首飞时的留影，不久之后该机毁于空中解体
V5 被用于机载武器系统测试，为减轻重量，V5 将 13 毫米机枪全部换为 7.9 毫米机枪。在 1941 年初的一次试飞中，V5 的发动机忽然失火，飞机坠地爆炸。在早期的试飞中，首批 5 架 He 177 原型机就损失了 3 架，结果使该机获得了寡妇制造者的坏名声。
He 177V6 在进行试飞前检查，1941 年 8 月 2 日交付给 IV/KG 40 接受服役测试
在后来的试飞中，He 177 仍然难以满足以 60 度角进行俯冲轰炸的要求。试飞员发现，在进入俯冲前，首先要将减小飞机的速度，然后缓缓的把操纵杆向前推，使机头逐渐下沉。一旦飞机进入俯冲，就得轻轻将飞机拉起，改出俯冲。但即使是最轻柔的操纵，He 177 在俯冲过程中仍然十分容易出现因应力过大而导致铆钉从机身上弹出。总而言之，He 177 的体积和重量太大，根本不适合进行大角度俯冲轰炸。不过此时德国已经研制出一种新式轰炸瞄准镜，其工作原理与美国的诺顿轰炸瞄准镜类似，新瞄准镜的轰炸精度大为提高，已与俯冲轰炸相去不远。因此，让 He 177 具备俯冲轰炸能力的要求很快就被放弃，从预生产型飞机开始，He 177 上的俯冲减速板就被拆除。
He 177 身上最大的问题是发动机过热及发动机常因各种原因起火。发动机起火很大程度上要归咎于内侧两排汽缸的排气管在飞行中会产生极高的热量。发动机飞行中如果出现机油渗漏现象，而且这些机油当时被撒在发动机整流罩上，就会立刻引发火灾。另外，如果飞行中油门的变化速度过快，发动机的燃料喷射系统就会向汽缸内喷射过多的燃料，此时输油管线如果密封不佳，可能就会将燃料洒在发动机炙热的外壳上，引发火灾。
DB606 发动机的脆弱性是倒置 He 177 故障的重要因素
为了减轻重量，He 177 在发动机后方没有设置防火墙，这样一来，即便是很小的火势也会迅速蔓延到机翼油箱。设计人员还发现，He 177 发动机的一些高承力部件缺乏足够的润滑，这一问题在连接变速箱和曲轴箱的轴承上尤为严重。戴姆勒－奔驰曾花费很大精力来解决 DB606 上存在的大量问题，但发动机过热和起火两大顽疾始终困扰着 He 177。
1941 年夏季，第 6 架 He 177 原型机被送往法国波尔多接受服役测试，飞机在测试中再次暴露了大量技术问题，不久便返回德国。德国空军于 1941 年 11 月开始接收总数为 35 架的首批 A-0 预生产型飞机。A-0 型在座舱后上方设置一座人工操纵动力炮塔，机头装三挺机枪机尾装一挺。
He 177A-02 是第二架预生产型飞机，1941 年末进行了首飞
第三架预生产型飞机 He 177A-03 在结束试飞后着陆
He 177 的第一种量产机型是 He 177A-1，它的总重达 30,000 公斤——超出原型机近 6 吨。A-1 装有经过重新设计的垂尾和方向舵，后者顶端变为圆形。A-1 在机身上方安装一座 MG131 型 13 毫米机枪遥控炮塔，射手坐在驾驶舱后部遥控炮塔，其他炮位仍各装一挺 7.9 毫米机枪。
He 177 生产型上的 FDL-131 双管 13 毫米机枪遥控炮塔
He 177 的初期量产工作由阿拉多公司负责，从 1942 年 4 月起，阿拉多开始以每两天一架的产量制造 He 177。这时德国空军正急切的等待新飞机的到来，以尽快接替在反舰作战中已日渐力不从心的 Fw 200。
He 177 的设计特点
机翼
He 177 采用了悬臂式中单翼布局，机翼为单翼梁、承力蒙皮结构。内翼的平面形状为矩形，外翼为梯形。机翼后缘装有液压驱动的富勒襟翼。每片副翼上各装一片平衡调整片，内侧调整片为弹簧平衡，外侧调整片可由飞行员在驾驶舱内调节。机翼前缘装有加热除冰装置，它通过将一个燃油加热器产生的热气引入机翼前缘来避免机翼在飞行中结冰。He 177 的机翼前缘装有两个油冷器，冷却空气从其前端的方形冲压进气道引入，冷却空气的流量由油冷器后方的调整片控制。此外，He 177 的翼下还可挂载 Hs 293 滑翔炸弹及其他重型武器。
He 177A-3 机翼结构图
尾翼为悬臂单梁设计，外部被金属蒙皮覆盖。尾翼上的气动控制面均各装两个平衡调整片，一个为弹簧负载式，另一个由飞行员调节。尾翼前缘也装有除冰装置。
He 177 操纵系统连线
机身
He 177 的机身为全金属承力蒙皮结构，机身内部的主要承力部件是 Z 字形支柱。整个机身从前至后共分为四个部分：前部驾驶舱、前机身、主机身和尾炮塔。前部驾驶舱可容纳飞行员、副驾驶（兼任轰炸瞄准员和前机枪手）、导航员（兼任无线电操纵员和下部机枪手）和遥控炮塔机枪手。操纵杆可在飞行员和副驾驶座位间转动，以方便两人轮流操纵飞机。副驾驶的座椅可在飞行中放平，方便副驾驶在飞行中趴下瞄准目标。情况紧急时，机组人员可通过座舱地板上的可抛式舱门逃离飞机。
He 177A3 驾驶舱
剩下两名机枪手的座位与其他机组人员相隔绝。中部炮塔机枪手由机身下方的舱门出入，尾炮塔机枪手通过机枪上方的铰接式舱盖出入尾炮塔，他可选择坐姿或卧姿两种姿势操纵机枪，但采用坐姿时，机枪的射界将受到很大限制。
设计人员对 He 177 的生存能力十分重视，在其机身上的多数部位均设置了装甲。飞行员座椅椅背和下方装有 9 毫米和6毫米厚的装甲，机头下方吊舱前部受到 7 毫米和 6 毫米厚的装甲及防弹玻璃保护，后部装甲厚 9 毫米。遥控炮塔操纵席周围装有 10 毫米厚的装甲。挡风玻璃后方的驾驶舱四周被装甲包裹。中部炮塔装甲厚 7 毫米，自中部炮塔以后的机身的上部 1/3 均受到装甲保护。全机装甲最厚处当属尾炮塔，其机枪安装位的装甲厚 18 毫米，座舱罩由防弹玻璃制成，炮塔下部设有 9 毫米厚的装甲。