YF-16 的结构试飞工程师约翰•G•威廉姆斯回忆道：“在首次高速滑跑试验中，当飞机达到抬前轮速度时（约 222 千米/时）出现了飞行员诱发的剧烈横向振荡（飞行员反复输入了左右最大滚转指令）。请记住这是第一种安装固定式操纵杆的飞机，菲尔在高速滑跑实验前并没有机会体验这种操纵杆。由于机头已经抬起，振荡导致平尾擦地，刮掉了右平尾的翼尖，左平尾静电刷也蹭地。此时飞机已经向跑道左侧偏离，菲尔要么犁过跑道边的沙漠，要么就硬着头皮起飞，他选择了后者。感谢他这么做挽救了整个项目。起飞后菲尔驾机飞行了 6 分钟并最终安全降落。在下次飞行前，操纵杆在起落架放下状态的灵敏度被调低了 50%。但因为被抱怨反应迟钝，又恢复了当初的设置。”
YF-16 的意外首飞YF-16 的力感应操纵杆是固定不动的，这让菲尔•奥斯特利希犯了经验主义错误
第一架 YF-16 更换了新平尾后才开始正式首飞。1974 年 2 月 2 日仍然是菲尔•奥斯特利希驾驶该机进行了首飞，达到了 643.74 千米/时的最大速度，9,144 米的最大高度。
在修复后第一架 YF-16 重返蓝天YF-16（72-1567）侧面图 第二架 YF-16（72-1568）于 1974 年 3 月 9 日首飞，试飞员是尼尔•安德森。
第二架 YF-16（72-1568），翼尖和翼下挂了 4 枚“麻雀”导弹
在早期试飞中，F100 发动机在飞行中发生了两次非指令性怠速故障，迫使飞行员无动力迫降，YF-16 被暂时禁飞等待问题的解决。最后调查发现发动机的燃油控制阀门有脏物，导致阀门被卡在怠速位置，幸好当时 YF-16 处在滑翔降落的有效距离之内。
YF-16（72-1568）在武器测试期间还先后测试了蓝色和灰色空优迷彩的效果
试飞开始后不久 USAF 就展开了 YF-16 和诺斯罗普 YF-17 之间的竞争试飞。两架 YF-16 在竞争试飞中最大速度超过了 2.0 马赫，最大过载 9g，最大高度 18,288 米。YF-16 满内油最大设计过载为 6.5g，减少内油后可达 9g。YF-16 后倾 30 度的座椅加上高亚音速/高度优势性能区间使其在空战中可以轻松展现高 g 机动的优势。军方安排尽可能多的飞行员同时体验 YF-16 和 YF-17，LWF 原型机之间并没有进行过模拟空战，但与 USAF 现有战斗机和通过各种途径获得的米格-17 和米格-21 都进行了模拟空战。
YF-16 与 F-4 比较转弯能力，其中内圈是 YF-16。可以看出二者转弯能力的差距F-16、F-4、米格-21 的性能包线对比
空战战斗机
空军内部反对 LWF 的声音很强，因为他们觉得该项目会威胁到 F-15。为了安抚他们，国防部把 LWF 的项目名称改为空战战斗机（ACF）。这时比利时、荷兰、丹麦和挪威四国开始寻找洛克希德 F-104 的后继机，他们组成了多国战斗机项目集团（MFPG）合作采购。MFPG 的候选机型有诺斯罗普 YF-17、达索“幻影”F.1、SAAB JA37“雷”和 GD YF-16，其中 ACF 的获胜者赢面很大，但 MFPG 表示还要看 USAF 是否装备 ACF，四国希望能在 1974 年 12 月前获知 USAF 的最终决定。
由于此时格鲁曼 F-14“雄猫”遭遇了严重的研制困难且成本节节攀升，美国海军官员也表露出对低成本替代机型的兴趣，国防部为此制定了 VFAX 项目。格鲁曼提出了 F-14X 简化型方案，但被国防部副部长断然拒绝。1974 年 5 月 10 日众议院军事委员会宣布将不会采购 “雄猫”的任何简化型，VFAX 必须是一种全新的飞机，但军事委员会显然忘记了 F-111 的惨痛经验，又在不顾美国海军希望 VFAX 同时具备空战和对地能力的需求，要求海军和空军采购同一种战斗机。1974 年 8 月美国国会考虑到国防预算无法再担负另一个战机研发项目，通知海军 VFAX 项目将被取消。
格鲁曼想通过 F-14 简化版来一统航母甲板，被军事委员会断然否决
国会把 VFAX 的资金转移到一个新项目——NACF（海军空战战斗机）上，并指示海军密切观察 LWF/ACF 项目的竞争，并把参加竞标的两种飞机列为 NACF 候选机型，如果不出意外的话，NACF 将会是 F-16 的舰载型。但当时多数海军军官仍固执地认为 F-14 能满足所有需求，既不需要 VFAX 也不需要 NACF。在众多“雄猫”党的阻挠之下，海军仍继续推进 NACF 项目，并在 1974 年 9 月颁布了 RFP。
诺斯罗普认为 YF-17 会是 NACF 最有力的竞争者，因为美国海军在传统上倾向双发以增加安全性，并且 YF-17 在发展成装备雷达的多用途战斗机方面有更大的潜力。但诺斯罗普没有研制舰载机的经验，所以接受了麦道公司的提议，合作为 NACF 项目研发 YF-17 的舰载型。两家公司签订了协议，规定如果麦道接到海军合同的话，那么诺斯罗普将是舰载型最大的分包商。
可以说美国海军给了 YF-17 第二次生命P530 YF-17 F/A-18 的演进YF-17 和 F-18 的对比，照片为 YF-17，轮廓线条为 F-18
GD 以 F-16 的舰载型参与竞争，该公司同样没有舰载机的研制经验，于是在 1974 年 9 月 27 日与LTV（总部同样在达拉斯沃斯堡）组队共同研制 YF-16 的舰载型。两家公司达成协议：如果美国空军和海军都选择了 YF-16，GD 将成为空军型的主承包商，LTV 则是海军型的主承包商。但这只是一厢情愿，因为同一个州的两个承包商同时获得合同的可能性最小。YF-16 舰载型的 LTV 编号是 Model 1600，LTV 研究了安装不同发动机的方案——PW401（Model 1600）、F100 改进型（Model 1601）和 F101（Model 1602）。YF-16 舰载型还可挂载两枚 AIM-7“麻雀”超视距空空导弹，为此需要研制一种可为“麻雀”制导的超视距雷达，而这都是空军型所不具备的。
Model 1600 与 Model 1601LTV 提出的 YF-16 舰载型 Model 1600Model 1600 效果图Model 1600 三面图F-16 舰载型的尺寸要大于 F-16A 1974 年 10 月国防部长詹姆斯•R•施莱辛格宣布正考虑投产 ACF 的获胜者来同时满足 USAF、海军和外国的需求。此前 LWF/ACF 在很大程度上仅是 USAF 的研究项目，现在该机的设计要向真正的战斗机转变，生产型 ACF 会安装雷达，具备超视距空战能力。为了安抚空军的担忧情绪，施莱辛格指出 ACF 对 F-15 来说是补充而不是替代。不久 USAF 宣布订购 650 架 ACF，并且数量可能进一步增加到 1,400 架甚至更多，此举旨在向潜在的北约客户表明 USAF 坚定立场。
YF-16 的胜出
1975 年 1 月 13 日空军部长约翰•麦克卢卡斯宣布 YF-16 成为 ACF 的赢家，空军签订了 15 架全尺寸发展（FSD）飞机的合同，其中包括 F-16A 单座型和 F-16B 双座型。空军部长指出 YF-16 具有更低的运行成本，更大的航程，以及更好的瞬时机动性。此外 YF-16 的发动机与 F-15 通用，有人认为这才是空军购买 F-16 的真正原因。当然还存在政治因素，那就是 GD 的沃斯堡工厂在 F-111 停产后需要 F-16 的订单来维持运转。
YF-16 赢得 ACF 竞争的胜利，但 YF-17 也获得了 NACF 的胜利，可谓皆大欢喜
同时 F-16 仍在参与 NACF 的竞争，GD/LTV 提交的一个 F-16 单座舰载型方案设计基于 F-16B，后座空间用于装载航电或燃料。1975 年 5 月 2 日海军宣布 YF-17 获胜，该机最终发展成麦道 F/A-18“大黄蜂”。出于海上飞行的安全性考虑，海军还是选择了双发机，LTV 的方案甚至从未达到实体模型阶段，他们对海军的选择很不满意，甚至发起了一场以失败告终的诉讼。
GD/LTV 的“大单座”概念，后座空间用于装载航电或燃料
1975 年 2 月 MFPG 得到美国政府的通知，按 USAF、北约和其他国家共 2,000 架的采购总量来计算，F-16 的单机价格为 516 万美元。同时美国政府放开了向一线盟国出口 F100 发动机。
YF-16 2 号机原定参加 1975 年的巴黎航展，但 1975 年 5 月 8 日试飞员尼尔•安德森在一次航展表演训练中因故障在卡斯韦尔空军基地（AFB）跑道旁的草地上进行了机腹迫降，导致飞机受损而缺席航展。当天尼尔•安德森准备完成一套为航展设计的动作，飞机一离地就一边收起起落架，一边进入 270 度滚转，紧接着拉出一个 9g 的转弯。但当天 2 号机一个主起落架轮胎的动平衡有点问题，加上轮子还在高速转动，导致轮胎直径增加而被卡住。
尼尔别无选择，只能在数千名 GD 雇员和他们的家属面前进行了机腹迫降。尼尔毫发未伤，但手工制造的原型机维修代价高昂，最终被停飞并移至纽约罗马航空发展中心用作地面测试。
YF-16 2 号机机腹迫降的连续镜头