Do 335 был вторым немецким и третьим в мире (после Не 219 «Uhu» и шведского Saab J-21) самолетом с поршневыми двигателями, оснащенным катапультой. В этой области за немцами был несомненный приоритет. Именно пилоты люфтваффе первыми опробовали катапульту в боевой обстановке. 11 апреля 1944 года унтер-офицер Гертер и ефрейтор Пербикс из 2./NJG 1 с помощью катапульты покинули свой подбитый Не 219. На земле обоих пилотов ожидал приятный сюрприз. Профессор Хейнкель выплатил обоим премию в размере 1000 марок.
Первый полет «Pfeil» прошел успешно. Себя обнаружили лишь несколько мелких недостатков, их быстро устранили. Летные качества самолета оценили высоко, хотя пилот жаловался на неустойчивость самолета в горизонтальном полете. Эффективность хвостового оперения тоже оставляло желать лучшего.
Два следующих полета провели 2 ноября 1943 года. В первом полете самолетом управлял инженер Вернер Альтрогге, который прежде чем стать испытателем летал над Великобританией на высотном разведывательном самолете Ju 88R. Другой полет провел Квенцлер.
Все последующие полеты прототипа проводили эти три пилота: Альтрогге, Квенцлер и Дитерле. Полеты проводились главным образом в Erprobungsstelle Rechlin. В ходе четвертого полета прототип развил скорость 600 км/ч на высоте уровня моря. Выяснилось, что машина сравнительно несложна в пилотировании, даже только при одном работающем двигателе. Было отмечено, что на толкающем винте самолет летит быстрее, чем на тянущем. На одном винте самолет развивал скорость до 560 км/ч.
Проявлялись новые недостатки машины. Главную проблему представляло недостаточное охлаждение заднего мотора. Отмечалось самопроизвольное складывание стоек шасси. Часто это приводило к задержкам в программе испытаний. Этот недостаток отмечался даже у предсерийных машин. Другую проблему составляла недостаточная устойчивость самолета в горизонтальном полете. Это обязательно сказалось бы на точности огня. Самолет хорошо слушался элеронов, чего нельзя было сказать о хвостовом оперении. Особенно низкая эффективность отмечалась у руля высоты. Имевшиеся триммеры практически не оказывали влияния на работу рулей и начинали ощущаться только при одном переднем работающем двигателе. Тем не менее, самолет получил высокую оценку. Была высказана надежда на то, что обнаруженные недостатки вскоре будут устранены.
После того, как прототип хорошо себя показал в воздухе, в ноябре 1943 года Мильх предпринял очередную попытку склонить Гитлера к прямой поддержке проекта. При этом Мильх умело играл на желании фюрера обзавестись скоростным бомбардировщиком. В своих докладах он подчеркивал тот факт, что Do 335 может брать до 1000 кг бомб, в то время как Me 262 -не более 500 кг. К сожалению, фюрер не внял доводам генерал-инспектора. Его любимая «ласточка» по прежнему имела безусловный приоритет. Однако, принимая во внимание успешные полеты прототипа, Дорнье разрешили построить еще 14 прототипов, десять предсерийных самолетов Do 335A-0,12 серийных Do 335A-1, а также три двухместных учебных машины. Для фирмы это означало поражение. Сам Дорнье надеялся, что удастся получить более крупный заказ. Однако горевать об упущенных возможностях не следовало. Нужно было извлечь максимум пользы из сложившейся ситуации. Существовал шанс, что после того, как удастся устранить главные недостатки конструкции, чиновники из RLM будут более благосклонно смотреть на «Pfeil». Тем более, что со «Schwalbe» начались проблемы. С 19 ноября 1943 года прототип Do 335 проходил испытания в люфтваффе, но уже 22 ноября самолет получил повреждения и был отправлен в ремонт. Позднее машину оснастили двигателями DB 603E и продолжили испытания.
Тем временем, к полетам подготовили второй прототип - Do 335V2 (CP+UB, W.Nr. 230002). 31 декабря 1943 года его облетал Дитерле. От первого прототипа второй «ферзух» отличался некоторыми деталями. Прежде всего из-под фюзеляжа убрали воздухозаборник маслорадиатора, сам же маслорадиатор объединили с кольцевидным радиатором вокруг переднего двигателя. Стойки главного шасси получили крышки новой формы.
Несмотря на все успехи Do 335, Гитлер продолжал рассматривать самолет лишь в качестве резервного проекта. Тем временем, на встрече А. Галланда, Кнемайера и Дизинга из центра в Рехлине с Дорнье прозвучало намерение провести унификацию всех модификаций самолета. Как в варианте тяжелого истребителя (Zerstoerer), так и в варианте скоростного бомбардировщика (Schnellbomber) Do 335 должен был иметь одну и ту же конструкцию, что, фактически, означало создание универсального самолета, способного решать самый широкий круг задач. Разница между двумя модификациями могла заключаться лишь в дополнительном оборудовании. Например, истребитель можно было бы оснастить устройством впрыска смеси воды с метанолом (GM-1), позволявшим кратковременно форсировать двигатель. Галланд предложил предусмотреть возможность установки в крыльях двух 30-мм пушек МК 103. Do 335V2 какое-то время даже летал с макетами этих пушек, однако дальнейшую работу в этом направлении начали вести лишь на Do 335V13, прототипе Do 335B.
Меньше чем через месяц после первого полета Do 335V2 к нему присоединился Do 335V3 (CP+UC, W.Nr. 230003), облетанный 20 января 1944 года. Он мало отличался от второго прототипа. Его особенность заключалась в измененной конструкции выхлопных патрубков, а также в новой форме передней кромки крыла у его основания. Кромку заострили, что должно было улучшить поведение самолета при посадке. Как V2, так и V3 имели на фонаре каплевидные выступы, в которых находилось зеркало заднего вида. Необычным способом была решена проблема открытия фонаря. В Do 335V1 и всех остальных прототипов фонарь откидывался вправо. У Do 335V3 фонарь оснащался специальной рамой, с помощью которой сначала поднимался немного вверх, а затем отводился назад. Однако такое приспособление кроме удобства значительно усложняло и удорожало конструкцию самолета, поэтому от него пришлось отказаться. Do 335V3 потом использовался при создании разведывательной модификации самолета - Do 335A-4.
Следующим законченным прототипом стал Do 335V4 (CP+UD, W.Nr. 240004). Однако из-за технических проблем самолет поднялся в воздух лишь 9 июля. Пока тянулась эта пауза, в строй успели встать еще пять прототипов. V4 имел новое крыло размахом 18,4 м. Это крыло спроектировали на фирме Heinkel и предназначалось оно для модификации Do 335B-4. Новое крыло отличалось большим удлинением, характерным для планеров, что позволяло увеличить дальность полета и потолок. Хейнкель создавал это крыло для самолета Huetter Hu 211 -высотного ночного истребителя на базе Не 219. Позднее, на Do 335B-4 лишь увеличили размах крыла, сохранив без изменения его геометрию.
Все четыре первые прототипа не несли вооружения. Лишь на Do 335V5 (CP+UE, W.Nr. 230005) установили длинноствольную пушку МК 103 калибра 30 мм, стрелявшую через вал переднего винта и расположенную в развале блока цилиндров. Первоначально рассматривалась возможность установить на это место пушку МК 108 того же калибра, но имевшую большую скорострельность. Однако преимуществом МК 103 была почти в два раза большая начальная скорость снаряда, что обеспечивало значительную эффективную дальность огня. Над мотором установили две 20-мм пушки MG-151/20. При этом самолет имел возможность брать в бомбоотсек 500 кг бомб.
Do 335V5 свой первый полет совершил в феврале 1944 года, после чего его передали в исследовательский центр в Тарневице. Тут провели первые пробные стрельбы. К сожалению, неустойчивость самолета снова дала о себе знать, и испытания закончились полным провалом. На любых скоростях, самолет так и не смог поразить цель. Это поставило крест на карьере самолета как истребителя, по крайней мере, до тех пор, пока проблему не удалось бы разрешить. Несмотря на это, в феврале был уточнен план, согласно которому серийный выпуск Do 335 предполагалось начать на фирме Luther Jordan в Брунсвике. Однако, из-за перегрузки фирмы другими заказами и затягиванием с доводкой прототипов, план остался невыполненным. 30 сентября 1944 года Do 335V5 передали в Рехлин, потом вернули в Менген, где он летал в составе Erprobungskommando 335 (Ekdo 335).
25 марта 1944 года в воздух поднялся следующий прототип - Do 335V6 (CP+UF, W.Nr. 230006), предназначенный для испытаний оборудования. На этом прототипе испытывался, в частности, радиоальтиметр FuG 101. Полеты на шестом прототипе проводил Альтрогге. Вероятно (хотя точной информации нет), V6 был дублером V7 в программе испытаний двигателя Jumo 213, проводившихся летом 1944 года на фирме Junkers в Дессау.
До этого времени испытания прототипов проходили без серьезных проблем. Единственным серьезным недостатком была недостаточность системы охлаждения заднего двигателя. 15 апреля (в литературе также сообщаются даты 14 и 16 апреля) Дорнье потерял один прототип и пилота. Во время полета на малой высоте у Do 335V2 загорелся задний двигатель. Огонь, по-видимому, повредил тяги рулей, и неуправляемый самолет рухнул на склад снарядов зенитной артиллерии в районе Меммингена. Пилот Вернер Альтрогге не сумел покинуть самолет и погиб под его обломками. По правде говоря, ни о каких обломках и речи не было. Взрыв склада боеприпасов развеял тело пилота и самолет в мелкую пыль. Место погибшего летчика занял флюгкапитан Карл-Хайнц Аппель. Причину катастрофы точно определить не удалось, поскольку отсутствовали хоть какие-нибудь материальные свидетельства.
