编号为2001的首架歼-20照片首次在网上流传后，2011年1月11日，该架飞机首次试飞。一年多以后，编号2002的第2架歼-20于2012年5月试飞。第3架歼-20编号为2011。首次试飞时间为2014年5月。同年七月，编号为2012的第4架歼-20在成都工厂机场试飞。
2001号歼-20成功试飞后，成都飞机工业集团工程师仅用了18个月时间便让2002号歼-20升空。2012号歼-20试飞仅仅四个月过后，编号2013的第5架歼-20原型机首次试飞。19天后，编号2015的第6架、有可能是最后一架歼-20原型机划破成都上空。这些原型机在西安阎良空军基地试飞中心集结。也许会有第7架、甚至第8架歼-20原型机。毕竟美国在首批187架F-22战斗机正式做好战斗准备之前，制造了8架F-22原型机，并且试飞耗费了8年时间。
但是，值得注意的是成都自2008年开始制造和试飞4架前线战斗机歼-10B原型机之后，该机型便进入了全面量产。同年10月，根据军事情报机构《简氏防务周刊》的报道，中国媒体称歼-10B“很快”就能做好作战准备。
五角大楼称歼-20可能于2018年开始服役，距离首架原型机试飞之后七年。这与F-22和歼-10B的研发步调一致。如果是这样的话，需要很快投入全面量产，以便成都的工人们能够在三年的时间里完成足够数量的歼-20。
毫无疑问，歼-20已经达到了进化的终点。编号为2011的第3架歼-20较前两架歼-20做出了重大改进，例如加装红外传感器，发动机喷嘴可以避免雷达探测，机身采用新隐形涂装。从此，设计没有发生大的变化。最后一架原型机除水平尾翼稍有不同外，与2011号相似。即使如此，中国正在为歼-20量身设计发动机，代替原型机上采用的俄罗斯制AL-31F发动机。新的WS-15发动机仍在研制中。