Entre avril 1964 et septembre 1965, le banc n° 1 (appelé " d'essais des systèmes de contrôle ") va effectuer 370 essais entravés et 249 vols stationnaires ; ces derniers ne totalisent cependant que 15 heures de vol, le carburant emporté ne permettant qu'une autonomie de 5 minutes. En même temps, des essais de soufflerie, avec maquette à l'échelle de l'appareil définitif, ont lieu à Langley Field aux USA, les Américains restant très intéressés par la formule allemande.

Le 30 novembre 1965, le Do 31 E1 sort d'usine, afin d'être équipé pour les premiers essais en vol. Mais il faut attendre la sortie du banc n° 2 (appelé le "gros banc"), celui-ci volant pour la première fois le 11 janvier 1967. Il comporte la plupart des éléments de l'appareil complet, mais seulement 6 des réacteurs verticaux, et l'arrière du fuselage est constitué par un treillis porteur d'un petit volet de direction.

Ce banc va permettre de tester, en vraie grandeur, les systèmes de contrôle, l'effet des gaz par rapport au sol, et les techniques de décollage et d'atterrissage. Le premier vol libre a lieu le 7 février suivant (il y en aura 31 au total). Trois jours plus tard, le Do 31 E-2 effectue son premier vol conventionnel, pour la bonne raison que les nacelles latérales ne contiennent pas de réacteurs de sustentation. Après avoir roulé environ 600 mètres, l'appareil monte à 2 000 m ; 20 minutes plus tard, il se pose en roulant sur une distance égale, avec utilisation d'un parachute frein. Un second vol de 30 minutes, est réalisé 4 jours plus tard.

Pour son 12 ^ième vol, le E-1 est convoyé au Bourget, le 8 juin, pour le Salon de l'Aéronautique, où il ne sera que brièvement présenté au sol, au grand regret des photographes. Peu après, le 14 juillet 1967, se déroule un événement d'importance : le Do 31 E-3 complet effectue son premier vol conventionnel, l'appareil étant piloté par Drury Wood, chef-pilote de Dernier, assisté de Franz Roedel. Le 22 novembre suivant, après que le E-3 ait prouvé ses qualités en vol normal, est réalisé le premier décollage vertical, toujours sur la base de Oberpfaffenhofen, près de Munich, après un long vol stationnaire, l'appareil se pose verticalement.

L'étape suivante est engagée le 16 décembre ; cette fois, après avoir décollé verticalement au poids de 20 tonnes, le E-3 réalise sa première transition dans le sens " aller " ; 82 secondes après avoir décollé, il atteint en bout de piste, à l'altitude de 23 m, la vitesse de sécurité de 260 km/h ; après quoi, il fait un atterrissage tangentiel. Cinq jour plus tard c'est l'inverse : après un envol à l'horizontale, le pilote du Do 31, réduisant sa vitesse à 260 km/h, allume ses 8 réacteurs de sustentation ; 2 minutes plus tard, une fois stoppé à 10 mètres d'altitude, l'avion se pose verticalement.

Lorsque s'achève l'année 1967, le bilan est le suivant : pour le E-1, 21 vols ; pour le E-3, 13 vols, dont 4 stationnaires et 2 transitions. Deux mois plus tard, ces chiffres sont portés respectivement à 24 et 21 vols. Le 1 mars 1968, pour sa 22ième sortie, le Do 31 E-3 effectue sa première démonstration publique, 30000 personnes s'étant déplacées pour assister à l'événement. Décollant obliquement à 454 m, il monte à 700 m, effectue un tour de terrain en vol lent, puis se pose verticalement après une prestation de 9 minutes.