Провёл испытания по отработке прерванного и продолженного взлёта на реактивном штурмовике Су-25, испытания самолётов-мишеней МиГ-21М, испытания различного авиационного вооружения, ряд испытательных работ на сверхзвуковых истребителях Су-27 и МиГ-29. Выполнил большой объём испытательных работ на реактивном высотном самолёте М-55. В 1993 году установил 6 мировых авиационных рекордов скороподъёмности на самолёте М-55.
Провёл большой объём испытаний на реактивном высотном самолёте М-55 «Геофизика», турбовинтовом самолёте бизнес-класса М-101Т «Гжель» и других. В рамках Международной программы исследования атмосферы Земли, на самолёте-лаборатории М-55 выполнил большое количество стратосферных полётов в условиях полярной ночи над северными морями, а также Индийским и Атлантическим океанами, дважды пересёк трёхсоткилометровую «озоновую дыру» в Антарктиде. В ходе этих полётов были получены уникальные данные о состоянии и свойствах атмосферы планеты и её озонового слоя. Попав над Индийским океаном в считавшуюся невозможной естественную температуру в минус 92 градуса, продолжил полёт и доставил учёным результаты измерения состояния атмосферы. 12 сентября 2001 года при выполнении испытательного полёта на М-101Т «Гжель» был вынужден покинуть неуправляемый самолёт на парашюте (второй пилот А.Г. Бесчастнов погиб). Летом 2002 года в одном из полётов над Европой самолёт М-55 под управлением О.А. Щепеткова попал в сплошную грозовую облачность. Все аэродромы в Италии были закрыты, заглох один из двигателей самолёта. Но лётчик всё же посадил уникальную машину с третьей попытки, когда в баках оставалось всего несколько литров топлива.