米-24 的原型进度大大提前于计划，69 年 9 月 15 日进行首飞，从苏共中央和部长会议批准研制到首飞只有一年多的时间，从国防部批准预研也只有两年多的时间，即使从米尔开始构思，也只有三年多的时间，速度是惊人的。
试飞结果表明，米-24 的基本设计是符合要求的，但是在飞行中容易发生荷兰滚，在紊乱气流中关闭自动驾驶仪时情况尤其严重。荷兰滚就是在前飞中发生偏航时，由于两侧短翼的迎风气流速度有差别，引起升力差别，导致横滚，飞机就像一片飘落的树叶一样，一面在前进方向上左右扭动，一面绕纵轴横向摇摆。米尔设计局将原本平直的短翼加 12 度的下反来解决荷兰滚的问题，这和许多上单翼军用运输机采用下反翼是一样道理。早期西方观察家猜测短翼下反是为了减小主旋翼下洗气流在短翼上的作用，这是误解。
试飞中发现的另一个问题，是在强烈侧风中，尤其是在高原和炎热的条件下，尾桨的方向安定作用不够，可能打转转，严重的时候满舵也控制不住。提高尾桨的效用有几个途径，一是增大尾桨功率，但这涉及到主桨和尾桨之间的动力分配和传动系统的问题，比较啰嗦；二是增大尾桨尺寸，这涉及到加长尾撑（tail boom），否则尾桨和主桨要打架，但加长尾撑要改变全机重心，更啰嗦；三就是增加尾桨效率，这就有点讲究了。主桨的旋转方向没有什么讲究，顺时针，逆时针，选定一个就是了。但是尾桨就没有那么自由了。尾桨可以和主桨顺着转，这样尾桨气流的离心方向和主桨的下洗气流方向一致，对主桨产生的升力影响小，但尾桨效率被主桨“吃掉”一点。尾桨也可以和主桨反着转，这样对主桨的升力有一定的影响，但尾桨的效率大大提高。除此之外，尾桨还可以是推式或拉式的。推式的“进气”绕过尾撑，但“排气”的气流场没有任何阻挡，而“排气”是在气流能量较高的一侧，想必之下，拉式的“排气”受到尾撑的遮挡，所以推式的气动效率比拉式的高。米-8 的主桨是顺时针旋转的，尾桨是右置推式顺转的，米-24 的初始设计继承了这一特点。但在发现尾桨效率不足时，只能牺牲一点主浆升力效率，把尾桨搬到左置，传动系的伞齿轮自然把原本顺转的尾桨变为逆转，尾桨由推式变为拉式带来的效率损失只好没有办法了。米-14/17 也作了同样的改动。尽管如此，米-24 的方向安定性问题还是没有彻底解决，这个问题一直跟着米-24 走遍世界。
试飞还表明，米-24 有良好的自旋着陆性能。试飞员曾在明斯克机场表演过以 250-280 公里/小时进场，然后关掉双发，在 30-50 米的空中转 180 度，然后安然着陆的特技。
出于苏军早打快打的战略思想，米-24 和当时很多飞机一样，是边研制边投产。米-24 在 70 年试飞计划还没有完成时就已经进入现役了。除试飞和换型训练中心外，首批装备的部队包括远东军区、喀尔巴阡军区和驻德集团军群的空军部队（当时直升机仍隶属空军）。最初的型号是米-24A。服役不久，米尔设计局就开始改进，旋即推出米-24B。主要变化在武器系统，机头武器改为装在动力转动的炮塔内的 4 管 12.7 毫米机枪，反坦克导弹改为半自动线导的 9M17P，命中率大幅提高。但米-24B 还没有投产，就让位于下一个更新的型号。
米-24A 的使用经验表明，最初的座舱设计有严重缺陷。驾驶员的座位在后左，射击员的座位在前右，为驾驶员提供较好的前向视野的本意是好的，但在实际中，射击员阻挡驾驶员向右前方的视界，而偏左的座位使右后方又成了死角。于是，米尔设计局对米-24 作了一次大改，座舱变成前后一直线，但后坐抬高，改善驾驶员的视野；火控系统的鼓包也向下突出，改善了火控系统的视野。前机身改变了，前起落架必须加长，形成在地面上停机时“昂首挺立”的姿态。至此，米-24 那十分有特征的外形就定形了。米-24 本来就丑，改型后更丑了，但丑得有味道，就像鬼怪式战斗机一样，以丑为美。改型的米-24 为米-24V，V 是俄文字母的第三个。米-24V 选用原定的 9M114 反坦克导弹。9M114 是超音速反坦克导弹，采用无线电指令制导，命中率达到 90%。然而 9M114 的进度又拖了，直到 72 年才服役，没有办法，米尔设计局只好用米-24V 的机体和米-24B 的武器系统，推出一个折中的米-24D。有趣的是，D 是俄文中第五个字母，米-24 的命名序列跳过了第四个字母 G，引起了很多猜测，其中一个是 G 容易联想到 gavno，意为臭狗屎，到底是不是这个原因，只有天知道了。米-24V 最终在 76 年投产，86 年停产前，生产了 1,000 多架，是米-24 最主要的型号。米-24V 投产时，苏军已有 400 多架米-24A 和 D 服役，此后，米-24D 有一段时间和米-24V 并行生产。米-24D 的简易版出口型号为米-25，米-24V 的相应型号则为米-35。
米-24V
为了加强米-24 的火力，米尔设计局始终没有放弃为米-24 装备航炮的努力，终于在米-24P 上安装了一门双管 30 毫米炮，取代了此前的 12.7 毫米机枪。30 毫米炮的威力自然不成问题，但重量太大，后座力也太大，只好采用机右侧固定安装，有点像 20 年后的卡-50。米-24P 于 81 年投产，到 89 年为止产量在 620 架以上，出口型号为米-35P。
在喀布尔准备起飞的两架米-24P
30 毫米炮的威力有时嫌太大，固定式航炮毕竟瞄准不方便，必须把整个机身调转过来对准目标，对突如其来的地面火力也反应不够及时。80 年代时，米尔设计局终于把较轻但威力仍然很大的双联装 23 毫米炮装上了米-24，采用颌下动力转动的炮塔，实现了米尔最初的设想。装备双 23 毫米炮的米-24 的终极型号米-24VP 于 85 年定形，但拖到 89 年才投产，仅生产了 25 架，整个米-24 生产线就停产了。
作为攻击直升机，米-24 具有速度快、爬升好、载重大、火力强、装甲厚的特点，不光可以提供直接的强大火力支援，还可以运载突击分队，或后送伤员。理论上，米-24 既有强大火力、又能载运人员的特点，使它成为战斗搜索救援（combat search and rescue，CSAR）的理想直升机，可以在敌后独立地搜索营救被击落的飞行员，但没有见到苏联把米-24 作为专用 CSAR 直升机的记载。实际上，苏联对 CSAR 没有像美国那样下功夫，没有专业 CSAR 直升机也就不足为奇了。