В общем, проблему решил костыльно. С помощью win api.

void* hSerial;
    char c1;
    DWORD bytesRead, bWritten;
    BOOL fSuccess;
    DWORD dwParam, dwThreadId;
    const uint16_t TIMEOUT = 100;

    DCB dcb;
    COMMTIMEOUTS timeouts;
    timeouts.ReadIntervalTimeout = MAXDWORD;
    timeouts.ReadTotalTimeoutMultiplier = MAXDWORD;
    timeouts.ReadTotalTimeoutConstant = TIMEOUT;
    timeouts.WriteTotalTimeoutMultiplier = 10;
    timeouts.WriteTotalTimeoutConstant = TIMEOUT;

    hSerial = CreateFile(L"COM3", GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, 0, NULL, OPEN_EXISTING, FILE_FLAG_OVERLAPPED, NULL);
    if (hSerial != INVALID_HANDLE_VALUE)
    {
        fSuccess = SetCommTimeouts(hSerial, &timeouts);

        GetCommState(hSerial, &dcb);
        dcb.BaudRate = CBR_115200;
        dcb.fDtrControl = DTR_CONTROL_DISABLE;
        dcb.fRtsControl = RTS_CONTROL_DISABLE;
        dcb.ByteSize = 8;
        dcb.Parity = NOPARITY;
        dcb.StopBits = ONESTOPBIT;
        dcb.DCBlength = sizeof(DCB);
        fSuccess = SetCommState(hSerial, &dcb);

        CloseHandle(hSerial);
    }

После этого кода qt-шный QSerialPort начинает работать как надо. В принципе, можно написать свою обёртку над виндовским сериал портом и забить на qt, но потом.