С началом эксплуатации самолета в строевых частях нередко имели место случаи разрушения покрышек колес во время торможения при посадке. Пришлось ставить антиюзовые устройства.
Из многочисленных экспериментальных работ, выполненных на самолете-амфибии Бе-12 в целях изучения его возможностей, следует отметить исследование коррозионной стойкости лодки при длительном базировании на плаву. В Донузлаве серийный самолет оснастили специальным протекторным устройством, с которым он находился на плаву с выпущенным шасси в течение 90 дней. Устройство представляло собой опускаемое из входной двери приспособление в виде штыря.
Через три месяца машину выкатили на берег, всю обросшую ракушками, но повреждений металла и лакокрасочного покрытия не обнаружили. Самолет предварительно к испытаниям не готовили. При аналогичных испытаниях Бе-10 без протекторного устройства получил значительные повреждения от коррозии в воде всего за 40 дней! На Бе-12 проводились и другие исследования, например, для улучшения взлетно-посадочных характеристик пробовали устанавливать подводные крылья.
На самолете (№ 6600501, бортовой 60, с собственной эмблемой — силуэтом белого медведя на борту) проводились испытания противообледенительной системы, устойчивости и управляемости машины в условиях обледенения, а также возможности эксплуатации самолета при низких температурах (амфибия летала в Якутии при температуре воздуха у земли около -60 °C).
Оборудование и вооружение Бе-12 постоянно совершенствовались. Так, в 1963–1964 гг. прошли испытания Бе-12ФС (изделие «ЕФС») с двигателями АИ-20ДК и Бе-12СК (изделие «ЕСК»), в состав вооружения которых входила ядерная глубинная бомба СК-1 «Скальп».
В 1968–1969 гг. предпринималась попытка оснастить Бе-12 новыми средствами поиска подводных лодок. Два серийных самолета (№ 8601102 и № 8601202) оборудовали аппаратурой «Гагара-1», позволяющей обнаруживать ПЛ по тепловому следу. Поисковая инфракрасная станция должна была отыскивать субмарины в подводном положении, используя тепловое излучение кильватерной струи лодки.
«Гагара-1» входила в перечень оборудования, которое должно было устанавливаться на самолет согласно ТТТ, но «застряла» на этапе испытаний, и в строевые части самолеты Бе-12 пошли без нее. При установке станции «Гагара-1» с самолетов сняли радиокомпас АРК-У2, гиродатчик АГД-1 заменили на гировертикаль ЦГВ-10. Для приемной головки станции в днище лодки за грузовым отсеком вырезался специальный люк. Обслуживание аппаратуры в полете производилось как штатным штурманом, так и дополнительным оператором, для которого в штурманской кабине оборудовалось рабочее место. Доработка самолетов происходила в филиале Евпаторийского авиаремонтного завода в г. Саки (Крым).
Первый доработанный самолет передали для проведения войсковых испытаний в 403-й отдельный противолодочный авиационный полк (оплап) на Севере. Затем Бе-12 с «Гагарой» летали на Дальнем Востоке, над Черным морем и даже побывали в Средиземноморье, базируясь в 1970 г. в Египте.
Результаты всех испытаний «Гагары-1» разочаровали авиаторов. Ее способность обнаруживать подводные лодки сильно зависела от температуры морской воды. Если на Севере станция позволяла четко отслеживать лодку, то в Черном море результаты слежения были уже неоднозначными, а над Средиземным морем уверенно можно было определить только момент прохождения береговой черты. Поэтому на вооружение «Гагару-1» так и не приняли, но работы по совершенствованию инфракрасной поисковой аппаратуры продолжили.
С 1973 г. на вооружение стали поступать буи РГБ-НМ1 «Жетон», способные принимать низкочастотные шумы, лучше распространяющиеся в воде. Это повысило дальности обнаружения подводных лодок.
В 70-х годах проводились опытные работы по исследованию возможности дозаправки Бе-12 в воздухе с использованием системы «штанга-конус». Одну из амфибий оборудовали макетом заправочной штанги, установленной над кабиной штурмана. Роль заправщика играл Ан-12, оснащенный выпускаемым 50-метровым шлангом с конусом. Испытания проводились на базе ЛИИ в Жуковском, самолет пилотировали летчики-испытатели ОКБ В.Г. Панькин и Е.А. Лахмостов.
В апреле 1976 г. приняли на вооружение модифицированные Бе-12Н (изделие «ЕН»), на которых установили усовершенствованную поисково-прицельную систему. В ее состав вошли: авиационный магнитометр АМП-73С, доработанная РЛС «Инициатива-2БН», многоканальное унифицированное приемное устройство «Нара», прицельно-вычислительное устройство «Нарцисс» с анализатором цели.
Дополнительно к буям РГБ-Н на самолет стали подвешивать десять пассивных направленных буев РГБ-2 системы «Беркут», которые обеспечивали измерение пеленгов на подводную лодку относительно буя. В этот вариант серийные машины дорабатывались при прохождении капитального ремонта. Всего на Евпаторийском АРЗ было переоборудовано в Бе-12Н 27 самолетов. Магнитометр АМП-73С и ПВУ «Нарцисс» испытывались на серийных Бе-12, имевших № 6600602 и № 7600901 соответственно.
В 1981 г. четыре самолета Бе-12 (№№ 9601701, 0601801—0601803) были поставлены во Вьетнам. Планер, двигатели и оборудование соответствующим образом дорабатывались для эксплуатации в условиях тропиков. Самолеты не перегонялись своим ходом, а были доставлены морем из Одессы в Камрань.
Бе-12 (№ 0601904) был переоборудован на 20 АРЗ в городе Пушкин в летающую лабораторию для отработки головки самонаведения противокорабельной ракеты ЗМ-80 «Москит». При этом головная часть ракеты была установлена вместо РЛС «Инициатива». Остальное оборудование и рабочие места для трех операторов разместились на месте бывшего грузового отсека.
В 1983 г. один самолет был оснащен опытным образцом авиационного тепловизора «Наблюдатель», предназначенного для обнаружения кильватерных следов надводных кораблей и подводных лодок (в подводном и надводном положениях). Бе-12 с «Наблюдателем» летал в Таганроге, Геленджике и Феодосии, и если с обнаружением кильватерного следа кораблей все было в порядке, то в случае с погруженной подводной лодкой повторилась история с «Гагарой». Получения четкого контакта с подводной целью от аппаратуры добиться так и не удалось.
На Бе-12 установили 42 официально зарегистрированных международных рекорда. В документах FAI машина была заявлена как М-12.
Экипаж рекордного Бе-12: Михайлов и др.
Первые два Бе-12 поступили в 33-й Учебный центр авиации ВМФ в Николаеве весной 1964 г., где развернулось переучивание летно-технического состава на новую машину (летали амфибии с грунтового аэродрома 555-го противолодочного смешанного авиаполка в Очакове).
