Для проверки своих расчётов и экспериментов Можайский сам поднимался на воздушном змее, который тянула упряжка лошадей. Подбирал оптимальны углы атаки (наклона крыла). Одновременно изучал работу воздушных гребных винтов и строил летающие модели самолетов. В качестве двигателей использовал часовые пружины или резиновые жгуты. Уже в моделях испытывался фюзеляж в виде лодки, рули управления самолётом в полёте. С течением времени модели могли устойчиво пролетать несколько десятков метров и нести нагрузку в виде офицерского кортика.
Таким образом, главная заслуга Можайского — ученого и исследователя — в том, что он заложил основы экспериментальной аэродинамики и установил важнейшие аэродинамические соотношения. Эти данные затем использовал для создания первого в мире аэродинамического расчета самолета. Но перед постройкой реального самолёта необходимы были более масштабные испытания, в основном воздушных винтов, на что собственных средств уже не хватало.
В конце 1876 года Можайский подал рапорт в Главное инженерное управление, в котором просил оказать содействие. Благодаря поддержке Менделеева ему выделяются 3000 рублей, из которых он реально получил 2192 рубля. После проведения необходимых экспериментов Можайский готовит детальный проект самолёта, его чертежи и составляет подробную смету — около 19 тысяч рублей. Всё было оформлено по образцу проекта постройки морского корабля и подано в 1878 году в военное министерство.
Однако новая комиссия отклонила проект, сочтя принципиально неправильной попытку строить летательную машину с неподвижным относительно корпуса крылом. Протесты Можайского против этого заключения, экспериментальные данные и новые просьбы о содействии были отклонены, и он решил строить самолет на собственные средства, продав одно из своих родовых имений. В июне 1880 года Можайский подал заявку на изобретенный им самолет для получения патента, который получил 3 ноября 1881 года.
Имеющиеся к тому времени бензиновые двигатели были ещё ненадёжны и слабы, и Можайский разрабатывает и заказывает в Англии два паровых двигателя в 20 и 10 лошадиных сил с лёгким водотрубным котлом и холодильником к нему. Летом 1882 года Можайский приступает к строительству самолёта в Красном Селе на военном поле. Приходится преодолевать много возникающих технических трудностей, но постройка самолёта идёт успешно. Опять не стало хватать денег.
В начале 1883 года Можайский обращается за содействием в Русское техническое общество. 22 февраля 1883 года созданная обществом комиссия составила протокол о трудах Можайского, заканчивавшийся словами: «Комиссия, ввиду того что прибор его уже почти готов и что на него затрачены большие средства, считает желательным, чтобы Отдел оказал содействие
Но в деньгах Можайскому опять было отказано, и он продаёт свое второе имение, доставшееся в приданое от жены. На эти деньги он заканчивает строительство самолёта и начинает наземные испытания всех узлов и агрегатов по всем правилам испытаний и приёмки военного корабля. В течение двух лет Можайский в ходе наземных испытаний доводил конструкцию самолёта. Параллельно проходил подготовку будущий лётчик — он должен уметь управлять самолётом не хуже, чем моряк кораблём.
И вот наступил день первого полёта. Самолёт разбегается по деревянному настилу, взлетает, пролетает насколько десятков метров, накреняется и задевает крылом землю. Полёт показал, что необходимо увеличить мощность двигателей. Но даже успешные испытания и первый полёт не вызвали интереса у военного руководства. Денег и сейчас не выделили — считали, что самолёт сразу был должен начать летать.
Еще пять лет до самой смерти Можайский на свои ничтожные средства, без какой-либо помощи со стороны правительства, продолжал работу по совершенствованию своего аппарата. Но завершить свои труды он не успел. Гений Можайского на десятилетия опередил его эпоху. Только в 1903 году более примитивный по конструкции аэроплан, построенный братьями Уилбуром и Орвиллом Райт, поднялся в воздух и пролетел 37 метров за 12 секунд.