设计师图波列夫父子与试飞机组在图-144原型机前合影
注册号CCCP-68001的图-144原型机在吉尔-150卡车的拖动下从机库缓缓滑出，然后在塔特拉拖拉机的牵引下进入跑道。机长是42岁的首席试飞员爱德华·艾兰，他出生在巴库，也是图波列夫设计的第一种喷气式客机图-104的首飞机长。
注册号CCCP-68001的图-144原型机在吉尔-150卡车的拖动下从机库缓缓滑出
副驾驶是米哈伊尔·科兹洛夫，两名飞行工程师分别是V·N·边杰罗夫（他是整个试飞项目的负责人）和尤里·谢利维奥尔斯托夫。客舱内空无一物，机组们都身穿高空代偿服坐在弹射座椅上。
降落放伞的图-144 CCCP-68001
飞机在雷霆万钧地滑跑了25秒后冲入天空，之后的首飞持续了37分钟，整个过程没有收起落架。这次首飞记录下了数千个参数，为项目研发收集了宝贵数据。
图-144原型机三面图
首飞成功后，阿列克谢·图波列夫接受了苏联《青年技术》杂志的采访，他坦率承认这架超音速客机飞起来很容易，但要满足客机的三个要求——效率、可靠性和舒适度却很难。
其他苏联媒体非常乐观，《消息报》刊登了一篇文章，展望了一位情人乘坐图-144仅花3小时20分钟就从莫斯科飞到了远东哈巴罗夫斯克（伯力）。以及一位乘客在中午乘坐图-144离开莫斯科，然后在上午9点抵达加拿大蒙特利尔，让人惊讶的“不仅是超音速，还有头顶的太阳”。
图-144于1969年5月20日在莫斯科/谢列梅耶沃机场公开亮相，其第一次超音速飞行发生在1970年6月1日。7月15日，CCCP-68001飞出了图-144的最快速度——2.35马赫（每小时2443公里），打破了世界纪录。北约为该机取了“战马”的识别代号。
1971年5月25日-6月8日，图-144原型机首次离开苏联，参加了当年的巴黎航展。然后该机又做了从莫斯科飞往布达佩斯、汉诺威和索菲亚的示范航班飞行，从索非亚到莫斯科这段航线是以超音速进行的。在后来一次飞往华沙的演示飞行中，可能是由于振动引起的疲劳裂纹，飞机在下降中两台发动机除了故障，紧急降落在华沙，第二天图-144就被修好返回了莫斯科。
降落匈牙利布达佩斯的图-144原型机，机头解决方案与协和相似
重新设计
试飞显示图-144原型机存在一些严重缺陷，机身下方的发动机舱尾喷管会产生极度振动，即使大量采用钛合金制造的机身也无法承受。重新设计后的图-144S不仅升级了NK-144F发动机，还把发动机舱改为成对分置于机翼下方，同时把机身拉长，侧面舷窗从25个增加到34个，并具有了全新的圆形截面。机鼻和雷达系统的设计也有所改进，辅助动力装置从尾部移到了右侧发动机舱内。
图-144原型机的发动机舱布局
生产型的发动机舱布局
图-144S最引人注目的改进应该是增加了一副可收放前翼，也就是鸭翼。这幅鸭翼位于驾驶舱后上方，在低速时可向前展开以配平机翼后缘升降副翼下偏增升时产生的低头力矩。
生产型图-144S多出了一对被戏称为“兔子耳朵”的可伸缩鸭翼
鸭翼在低速时可向前展开以配平机翼后缘升降副翼下偏增升时产生的低头力矩
第一架图-144S CCCP-77102于1972年3月20日在茹科夫斯基首飞。一个月后，该机以超音速从莫斯科飞到了塔什干，耗时110分钟。
同时，图-144 CCCP-68001原型机在1973年4月27日进行了最后一次飞行。此时该机已经飞行了120架次，累计飞行了180小时（包括50小时超音速飞行）。
图-144S三面图
巴黎灾难
1973年5月底，图-144S CCCP-77102在经过了1小时57分钟的飞行后从莫斯科抵达巴黎布尔歇机场，参加当年的巴黎航展，这次飞行大部分以超音速进行。在航展最后一天的6月3日，机长科兹洛夫准备驾驶CCCP-77102做飞行表演，机上还有其他五名机组乘员（副驾驶、导航员和三名工程师），其中有总试飞工程师边杰罗夫。
航展主办方修改了图-144S的表演时间安排，并把时长缩短到五分钟。在对手“协和”完成了一次激动人心的表演后，图-144S升空了。为了在表演上超过“协和”，科兹洛夫决定放手一搏，起飞后就大角度爬升，然后驾驶这架大型超音速客机做了一个放下起落架、襟翼和鸭翼的超低空通场，再开加力陡峭爬升。
1973年的巴黎航展上图-144与“协和”正面争锋，却以坠毁收场
结果图-144在910米高度陷入麻烦，突然机鼻下倾导致飞机迅速向地面俯冲。科兹洛夫全力拉起，结果过载超过了机身的承受限制，导致左翼折断，飞机倒扣着在30万观众的众目睽睽之下坠机爆炸。
飞机坠毁在古桑维尔村，距离27年后法航“协和”4590号航班的坠机地点不到7公里。小村变成了地狱，一台NK-144发动机横在花园中燃烧，一块机翼残片落入市政厅庭院里，驾驶舱砸毁了一座房屋，燃烧的油料在街道上流淌，引燃了房屋和汽车。这次事故导致图-144机组和地面8名村民遇难，此外还有六十多人受重伤。
