В 1960-е годы испытывались Як-27Р с колесно-лыжным шасси для эксплуатации с грунтовых ВПП и ночной разведчик Як-27РН.
В начале 1961 года планировалась модернизация Як-27РН для ведения разведки ночью с малых высот. Однако в связи с выработкой ресурса и проектированием более перспективного Як-28Р все работы в этом направлении прекратили.
В апреле 1960 года в НИИ ВВС проходил контрольные испытания корректировщик артиллерийского огня Як-27Р № 0204, оборудованный доработанным прицелом-визиром ПВ-2р. По их результатам приняли решение об установке ПВ-2р на серийные разведчики. 31 мая этот самолет, пилотировавшийся летчиком Крыловым (47-й ограп), при перелете в Одессу потерпел аварию, сев с заторможенными в воздухе колесами. На пробеге колеса «разулись», и от трения о бетонные плиты ВПП загорелись ступицы, изготовленные из магниевого сплава «Электрон». От огня, возникшего в отсеке уборки главной опоры шасси, вспыхнули фотопленка, в то время изготавливавшаяся из целлюлозы, и топливные баки. Самолет сгорел, но экипаж успел его покинуть.
Для увеличения дальности полета в 1962 году самолет № 0710 доработали устройством подвески под крылом двух дополнительных топливных баков объемом по 1050 литров. Их начали устанавливать на Як-27Р начиная с 14-й серии.
В 1963 году прошел контрольные испытания самолет № 0317, выпущенный в 1962 году. Самолет предъявили для оценки объединенной фотоустановки для плановой съемки. Испытания показали, что по сравнению с техническими условиями ВВС 1962 года на поставку Як-27Р машина потяжелела, но ее веса находились в пределах допусков. Правда, снизились максимальная скорость – на 15 км/ч, а практический потолок – на 450 м. Хуже обстояло дело с дальностью полета. Без подвесных баков она сократилась на 380 км, что было связано как с ухудшением аэродинамики машины за счет установки обтекателей, закрывавших узлы подвески дополнительных баков, так и с увеличением удельного расхода топлива двигателями. Дальность же полета с подвесными баками, сбрасывавшимися после выработки из них топлива, сократилась на 610 км.
В испытаниях семейства самолетов Як-27 участвовали также летчики ОКБ-115 В. П. Смирнов, А. Л. Колосов, Ю. В. Петров, Г. М. Куркай.
Серийное производство Як-27Р осуществлялось с 1958 по 1962 год. За это время построено 16 серий в количестве 165 самолетов.
11 мая первые три машины, пилотируемые летчиками-испытателями авиационной промышленности вместе со штурманами 47-го отдельного гвардейского разведывательного авиаполка (ограп), перегнали на аэродром Шаталово в Смоленской области. Спустя три дня туда перелетели еще четыре машины.
На изучение новой техники личным составом полка ушло менее месяца, и 5 июня начались полеты. Столь быстрому освоению материальной части способствовал опыт эксплуатации самолетов Ил-28Р, Як-25М и Як-25Р. В тот день после полета летчика-испытателя НИИ ВВС Глазунова, продемонстрировавшего ряд фигур сложного пилотажа, с разрешения заместителя командующего ВВС Московского военного округа первым вылетел командир полка полковник Е. Кравцов. В том же месяце начались массовые полеты на Як-27Р, и к концу года самолет освоили 30 экипажей.