Программа заводских испытаний Ми-24 началась 19 сентября 1969 г. с первого висения, выполненного летчиком-испытателем Г.В.Алферовым. Этот экземпляр, как и второй, собранный на опытном производстве Московского вертолетного завода (МВЗ), использовался только для летных испытаний. Вслед за ними была заложена опытная серия из 10 вертолетов: 5 - на МВЗ, 5 - на Арсеньевском машиностроительном заводе «Прогресс» (из последних машина №1 предназначалась для ресурсных испытаний). На них были выполнены все заводские исследования по программам испытаний Ми-24. Кроме Алферова, в полетах чествовали летчики Г.Р.Карапетян и М.Материальный, бортмеханики В.Тарабухин и Ф.Новиков. Ведущим инженером по летным испытаниям был назначен Б.В.Смыслов. Во время одного из первых показов Ми-24 командованию ВВС произошла трагедия. Пилотировавший вертолет М.Материальный хотел как можно эффектнее продемонстрировать его генералам,но допустил ошибку, и машина рухнула на душевую соседней с МВЗ текстильной фабрики. Летчик и находившиеся на борту В.Тарабухин и Б.Смыслов погибли.
Государственные испытания начались в июне 1970 г. и продолжались полтора года. Они велись интенсивно, иногда, с участием 16 машин одновременно, и в целом подтвердили, расчетные данные. В варианте боевого вертолета, т.е. только с вооружением, без десанта, Ми-24 при нормальной взлетной массе 11 т имел максимальную скорость 320 км/ч и крейсерскую - 270 км/ч, а в транспортном - 340 км/ч и 280 км/ч соответственно. Большой избыток мощности на скоростях 100-200 км/ч обеспечил вертикальную скороподъемность до 16 м/с и разгон с ускорением 3-3,5 м/с2. В случае отказа одного из двигателей вертолет мог продолжать полет на другом в течение часа. В условиях МСА статический потолок вне влияния земли составил 1400 м, а практический -4950м. Дальность полета -450км, перегоночная -1000 км. При скоростях полета 100-250 км/ч обеспечивалась вертикальная перегрузка 1,75д при нормальной взлетной массе. В ходе испытаний Ми-24 был успешно решен ряд проблем прочности и ресурса, приняты меры, направленные на исключение повышенных вибраций. Несмотря на значительное увеличение по сравнению с Ми-8 скоростей полета, уровень вибраций фюзеляжа оказался относительно не высок.
Однако испытатели встретились и с рядом проблем, потребовавших внесения существенных изменений в конструкцию с вертолета. На скоростях свыше 200 км/ч с выключенным автопилотом при наличии внешних возмущений Ми-24 был с склонен к незатухающим или слабозатухающим колебаниям по курсу и крену (типа «голландский шаг»), что заставляло летчиков постоянно вмешиваться в управление. Для улучшения боковой устойчивости конструкторами было принято решение установить крыло с отрицательным поперечным «V». Выяснилось также, что размещение ПТУР на фюзеляже является неудачным, т.к. при стрельбе НАР существует опасность их соприкосновения. В связи с этим узлы навески ПТУР перенесли на специальные пилоны, установленные на законцовках крыла, которое таким образом получило свой характерный силуэт.
Новое крыло впервые было установлено в конце 1970 г. на двух доработанных на МВЗ прототипах, отличавшихся также удлиненной кабиной экипажа. Последнее решение было вызвано тем, что прежняя кабина оказалась слишком тесной для размещения в ней высокотемпного пулемета и новой прицельной системы «Радуга-Ф», предназначенной для полуавтоматического наведения ПТУР. Однако из-за задержки с доводкой нового вооружения первые серийные Ми-24 строились с комплексами «Фаланга-М» и пулеметом А-12,7. Они поступили в войска под названием Ми-24А.
«Двадцатьчетверки» первой серийной модификации строились в Арсеньеве в течение 5 лет. Всего построили около 250 Ми-24А. Некоторое количество вертолетов было выпущено в учебном варианте Ми-24У, прошедшем испытания в 1972 г. От боевого этот вариант отличался отсутствием носового пулемета, вместо которого в передней кабине летчика-инструктора были установлены полноценный комплекс пилотажно-навигационного оборудования и стандартные рычаги управления. На Ми-24А прошли подготовку летные экипажи и наземный персонал. Приобретенный ими опыт послужил дальнейшему совершенствованию вертолета, повышению его надежности и эффективности.
