Летчик-испытатель НИИ ВВС. 20 ноября 1935 года стал первым и единственным в мире летчиком, поднявшим в воздух Звено-6, состоявшее из самолета-матки ТБ-3 и пяти истребителей.
22 декабря 1939 года впервые поднял в воздух высотный истребитель ВИ-100 В. Петлякова. Пилотировал ВИ-100 на параде 1 мая 1940 года, где забыл убрать шасси. После этого было принято решение о переделке самолета в пикирующий бомбардирощик ПБ-100, впоследствии названный Пе-2.
В марте 1947 года впервые выполнил фигуры высшего пилотажа на реактивном самолете (Як-15) и был удостоен звания Герой Советского Союза.
За свою жизнь испытал 317 типов летательных аппаратов, из них 16 — первым. Автор книги «300 неизвестных».