Хотя полетные испытания новой машины еще не проводились, одновременно с первым прототипом шла постройка в общей сложности 73 планеров. Вскоре начались пробные полеты: в связи с тем, что немецкая авиация тогда не располагала самолетом, способным поднять в воздух полностью загруженный «Гигант», первый полет (25 февраля 1941 года) состоялся с балластом всего в 3,5 тонны. Планер Me 321VI пилотировали летчик-испытатель Карл Баур (Karl Baur) и технический контролер Зайлер (Seiler). Машину буксировал четырехмоторный транспортник Ju 90, полет продолжался 22 минуты.
Рис. 130. Грузовой планер Me 321 В-1.
В начале марта были проведены еще несколько полетных испытаний с балластом, увеличенным до 3,9 тонн (одним из пилотов была знаменитая летчица Ханна Рейч). В ходе тестов были выявлены избыточные нагрузки в управлении, что повлекло за собой включение в состав экипажа второго пилота. После выпуска 100 экземпляров Me 321А началось производство машин с двойным управлением — модификация Me 321В. Серийное производство планеров велось двумя заводами: в Лейпхейме и Регенсбурге.
Параллельно с усовершенствованием конструкции планера шла напряженная работа над созданием сколько-нибудь надежного буксировщика для него. Поскольку на первых порах разработать самолет, обладающий приемлемой тяговооруженностью, не представилось возможным, немцы пошли по другому пути. Вместо одной машины решили применить связку из трех двухмоторных истребителей Bf 11 C. Центральный буксировщик оснащался 100-метровым стальным тросом, фланговые — 80-метровыми. Боковые тросы крепились к замкам на крыльевых подкосах, центральный узел крепления находился под пилотской кабиной. Использование столь сложной системы повлекло за собой граничащую с ювелирной технику взлета: сначала от земли отрывались боковые «Мессершмитты», за ними — центральный. Вначале система, получившая меткое название «Troika», проводила тренировки без «прицепа» или с транспортником Ju 52, затем начались первые полеты с Me 321 на буксире. Поскольку мощность даже трех двухмоторных машин оказалась несколько ограниченной, под обеими плоскостями планера начали устанавливать сбрасываемые ракетные ускорители с ЖРД, работавшими на перекиси водорода. Последние подвешивали в средней части крыла, возле узла крепления подкоса (по 4 штуки под каждым крылом). Двигатели ускорителей включались на старте и работали до 30 секунд, развивая суммарную тягу до 4000 кг. Система еще больше усложнилась и для проведения дальнейших испытаний в Ляйпхайм было откомандировано несколько известных немецких спортсменов-планеристов, в годы войны ставших пилотами десантных планеров XI авиационного корпуса генерала Штудента.
Первый успешный старт «Гиганта» Me 321VI на буксире истребителей состоялся 8 марта 1941 года. 29 апреля в небо поднялся оснащенный ракетными ускорителями Me 321V2 с балластом массой в 8,3 тонны, а через несколько дней эта же машина совершила кратковременный полет с полезной нагрузкой в 21890 кг. Общий взлетный вес достиг величины в 33200 кг (нормальным считался взлетный вес 34400 кг, максимальным — 39400).
К сожалению, результаты чрезмерного усложнения связки из четырех машин, оснащенной к тому же батареей ускорителей, не замедлили сказаться. Началась череда аварий и катастроф, Так, в результате произошедшего однажды несимметричного зажигания ускорителей левого и правого бортов погибли 129 человек — экипажи «Гиганта», буксировщиков и 120 солдат десанта, находившихся в грузовой кабине планера. Вскоре по причине смещения плохо закрепленного в кабине балласта разбился еще один Me 321; пилот, знаменитый в 30-е годы летчик-планерист Отто Браутитам (Otto Brautietam), погиб. Во время тренировочного полета тройки Bf 110 без планера на буксире неожиданно перепутались тросы двух самолетов: оба экипажа погибли). Произошло еще несколько летных происшествий, повлекших человеческие жертвы. Анализ проблемы привел конструкторов к решению изменить способ буксировки.
Предлагалось несколько вариантов связки Bf 110 с «Гигантом». Более безопасным считался способ, при котором два истребителя крепились на крыльях планера и еще один — на фюзеляже. Расцепка этой конструкции должна была проводиться непосредственно перед посадкой. В КБ Мессершмитта провели ряд экспериментов по доводке системы, но ввиду чрезмерной сложности проект был закрыт. Таким образом, стало очевидным, что использование нескольких буксировщиков является тупиковым путем. Необходимо было искать другой способ.
Выход был найден в результате объединения двух стандартных двухмоторных бомбардировщиков Не 111Н-6 в одну машину: самолеты срастили плоскостями, между которыми встроили еще одну секцию крыла с дополнительным двигателем. Получившийся в результате двухфюзеляжный Не 111Z (от слова «Zwilling» — «спарка») был оснащен пятью двигателями Jumo 211 А, суммарная мощность которых достигла 6750 л. с. Этого было вполне достаточно, чтобы поднять в воздух (при помощи ракетных ускорителей) даже такую махину, как Me 321. Все прочие элементы «Хейнкелей» остались без изменений. Экипаж шесть человек: в левом фюзеляже размещались командир, радист и бортмеханик, в правом — второй пилот, второй механик и стрелок. Испытания системы начались осенью 1941 года, после чего построено 12 экземпляров этой удивительной машины (включая два опытных образца). Применение «Цвиллинга» даже повышало грузоподъемность связки: например, во время операции по эвакуации раненых с Кубанского полуострова в грузовой кабине «Гиганта» устанавливалось 100 носилок, а в Не 111 — еще 30. Несмотря на успех испытаний, основным средством буксировки «Гигантов» остались все же Bf 110.