В январе — феврале 1932 года были произведены заводские испытания ФД20-1, которые подтвердили, что он полностью удовлетворяет предъявляемым ему требованиям. Его мощность достигала 2600 л. с., а позже даже сумели получать 3000 л. с., что превосходило мощность паровоза серии Эу вдвое. Также на новом паровозе была достигнута расчётная величина парообразования — 65 кг пара за 1 час с 1 м² поверхности нагрева, — впервые на российских и советских паровозах, причём как отечественной постройки, так и импортных (для сравнения: расчётная величина парообразования котла паровоза Су составляет 37—42 кг пара за 1 час с 1 м² поверхности нагрева).

В марте того же года паровоз для практических испытаний отправили на Южные железные дороги в депо Красный Лиман. В период с марта по май паровоз совершал опытные поездки на 26-километровом перегоне Яма — Нырково, на котором практически на всём протяжении был подъём в 9,5 ‰, что делало этот участок оптимальным вариантом для получения тягово-теплотехнических параметров. Опытные поездки проводились Институтом реконструкции тяги (ИРТ) НКПС, под наблюдением представителя ОГПУ — Р.П. Гриненко. Руководителем тягово-теплотехнических опытов был В.Ф. Егорченко, а его заместителем был В.Г. Голованов. Эксплуатационными опытами руководили А.А. Скорбященский и его заместитель — И.Н. Марчевский. Организацией всех этих испытаний и опытов занималась комиссия под председательством А.А. Терпугова. На основании этих испытаний были даны следующие замечания:

- применённый на паровозе стокер B-K (Би-Кэй) не даёт возможности отапливать паровоз смоченным (например, из-за дождя) углём;

- при ручном отоплении наблюдается повышенный унос несгоревших частиц;

-стокер отличается весьма грубым регулированием как машины, так и дутья, что осложняет его настройку при движении с малыми углами отсечки.

В июне начали проводить путевые испытания, целью которых было проверить воздействие паровоза на железнодорожный путь. В ходе этих испытаний ФД20-1 ездил не только по рельсам типа IIа (вес 38,4 кг/м), на которые был рассчитан, но и по более лёгким — IIIа (вес 33,5 кг/м). На основании этих поездок, институт дал следующее заключение:

В июле начались эксплуатационные испытания ФД20-1 на участке Красный Лиман — Балаклея (Южные железные дороги), в ходе которых он водил грузовые поезда наравне с паровозами Э. Также, по предложению ОГПУ, на паровозе начались опыты с конусами различных типов и конструкций, с целью определения оптимального варианта для серийных паровозов, в результате которых было установлено, что наилучшие результаты были у четырёхдырного конуса с раздельным выхлопом пара из правого и левого цилиндров паровой машины.

В августе же приказом дирекции Южных дорог, № 149, было назначено время нахождения сквозного товарного поезда, ведомого паровозом ФД20-1, в пути между станциями Красный Лиман и Основа, в грузовом и порожнем направлениях, при установленных коммерческой скорости и весе состава.

Таблица 1.1 Время нахождения товарного поезда в пути