Kolejne loty wykazały problemy z podwoziem oraz z silnikami. 23 marca 1943 r., w 17. locie prototypu, doszło do złamania goleni podwozia oraz uszkodzenia maszyny. Przeprowadzono kompleksową naprawę, obejmującą również wymianę poszycia skrzydeł, sprzętu radiowego oraz przekonstruowanie części ogonowej.
Prace nad prototypami V2 i V3 kontynuowano w układzie czterosilnikowym, zakładano ich dalsze wykorzystanie jako samolotów dalekiego zwiadu morskiego. Me 264V2 został wyposażony w silniki BMW 801D w układzie podwójnej gwiazdy z instalacją wtrysku podtlenku azotu i został ukończony jesienią 1943 r. Nie został oblatany, zniszczyły go alianckie bomby na ziemi. W Me 264V3 wprowadzono dodatkowe zmiany konstrukcyjne – samolot otrzymał zmienione końcówki skrzydeł oraz uzbrojenie obronne. Dodatkowo przewidywano zamontowanie pod skrzydłami dwóch silników odrzutowych BMW 003 o ciągu 7,54 kN każdy. V3 miał być wzorcem do produkcji seryjnej wersji Me 264A, jednak jego budowa nie została ukończona.