В мае 1959 года завершились заводские испытания катапультных кресел К-5 (летчика) и К-7 (штурмана) с забралом, обеспечивавших аварийное покидание самолета членами экипажа в диапазоне высот от 150 метров до практического потолка и при скоростях полета до 2000 км/ч.

Во время заводских испытаний не обошлось без жертв. В частности, при облете потерпели аварии самолеты № 0602 и № 0504 из-за зависания оборотов двигателей.

6 сентября 1961 года на аэродроме Энгельс разбился Як-27Р № 0314. Нарушение нормальной работы правого двигателя РД-9Ф, связанное с ростом температуры газов и падением оборотов, стоило жизни летчику-испытателю М. М. Чувину и штурману-испытателю Г. И. Горбатову.

В 1960 году летчики А. А. Щербаков (ЛИИ) и Г. Т. Береговой (НИИ ВВС) испытали Як-27Р на штопор и разработали рекомендации строевым пилотам по выводу машины из этого сложного положения. В частности, было установлено, что после сваливания в штопор двигатели необходимо выключить во избежание перегрева и самопроизвольной их остановки. Запуск двигателей предписывалось производить после выхода из штопора на высотах и скоростях, рекомендованных инструкцией по запуску.

Як-27Р на контрольных испытаниях, 1959 год

В 1958 году построили летающую лабораторию Як-27Р, предназначенную для отработки разведывательного оборудования самолета Як-28Р. Самолет оснастили радиолокационным бомбардировочным прицелом РБП-3, автопилотом АП-28 и дистанционным астрокомпасом ДАК-И.

В июле 1959 года ГКАТ принял решение об оборудовании на заводе № 292 в I квартале двух серийных Як-27Р телевизионной разведывательно-корректировочной аппаратурой «Буревестник», предназначавшейся для наблюдения на наземном командном пункте изображения местности и объектов, над которыми пролетал разведчик, и их фотографирования, а также визуальной корректировки огня артиллерии.

Заводские летные испытания самолета провели на заводе в Саратове в сентябре 1960-го, после чего машину передали в НИИ ВВС для специальных испытаний весной 1961 года. В итоге признали, что самолет может быть использован лишь в качестве летающей лаборатории с ограничениями по скорости и числу М.

С 15 мая по 10 августа планировалось провести государственные испытания на базе 511-го орап 48-й ВА на аэродроме Буялык под Одессой, однако из-за обнаруженных дефектов они затянулись и завершились 18 октября 1961 года. Испытания подтвердили возможности аппаратуры, в целом соответствовавшей тактико-техническим требованиям ВВС. Но до внедрения «Буревестника» на строевых Як-27Р дело не дошло.

В соответствии с планом мероприятий по внедрению радиотехнической системы ближней навигации РСБН-2, утвержденным главнокомандующим ВВС 8 августа 1961 года, ее установили на Як-27Р № 1009. При этом с самолета сняли автоматический радиокомпас, радиовысотомер малых высот и маркерный радиоприемник. При облете машины в ходе приемки на испытания выявили много недостатков в РСБН-2 и в ее размещении. Пришлось вернуть АРК-10, установив его вместо АФА-2 и МРП-56П.

Испытания проходили с 19 января по 5 февраля 1963 года, но в качестве эталона самолет так и не приняли. Сказалась неустойчивая работа РСБН-2, а отсутствие радиовысотомера снижало безопасность полета.