Заводские испытания проходили с 26 апреля 1956 г. по 3 июля 1957 г. Проводил их ведущий летчик-испытатель В.Г.Мухин, который уже имел опыт полетов на Е-50. Эта работа послужила началом сотрудничества летчика с ОКБ, и впоследствии его пригласили на фирму Яковлева в качестве шеф-пилота. Максимальная взлетная масса Як-27В составляла 12050 кг. Набор высоты до 9000 м производился со скоростью 870 км/ч на максимальном режиме работы двигателей, затем до 14000 м - при скорости 940-960 км/ч на форсаже, а далее включался ЖРД. На минимальном режиме ЖРД работал 264 с, на максимальном - 160 с. Потолок экспериментального перехватчика достиг 23500 м, максимальная скорость соответствовала М=1,8. Полет на высоте 20000 м длился до 3-х мин при скорости М=1,5-1,6 на «малом газу» ЖРД. Летные исследования ЖРД проводились по специальной программе ОКБ-1 (разработчик), согласованной с ОКБ-115. Кроме того, в этот же период была проведена работа по проверке и доводке экспериментального высотного скафандра СИ-ЗМ, разработанного в ОКБ завода №918.

Мухин испытывал Як-27В в течение двух лет, но быстрый прогресс ЗРК сделал самолет ненужным, как, впрочем, и другие экспериментальные перехватчики с дополнительными ЖРД: Е-50, МиГ-19 (СМ-50), МиГ-19 (СМ-12ПМУ). И хотя решение о серийном производстве Е-50А принималось, сведений о постройке машин этого типа нет. Была выпущена малая войсковая серия МиГ-19ПУ (СМ-51), но и эти истребители с комбинированной силовой установкой не прижились в авиации ПВО.

Установка оборудования в отстыкованной передней части фюзеляжа опытного Як-27Р

Як-27Р на колесно-лыжном шасси

Параллельно с Як-123 и Як-121 разрабатывался фронтовой разведчик с двумя двигателями М-9Ф, получивший предварительное обозначение Як-122. От ОКБ Яковлева требовалось предъявить эту машину на госиспытания во II квартале 1956 г. ЛТХ разведчика практически не должны были отличаться от характеристик бомбардировщика. Он строился на базе Як-25Р войсковой серии и имел такую же компоновочную схему. В связи с задержкой поставки двигателей РД-9Ф на самолете установили РД-9АК. Вооружение состояло из одной пушки НР-23 с боезапасом 50 снарядов. В отличие от бомбардировщика, нижнюю часть остекления кабины штурмана выполнили не в виде плоского эллиптического окна, а из двух трапециевидных гнутых окон. Самолет мог оснащаться двумя аэрофотоаппаратами АФА-33/50 или АФА-33/75, или АФА-33/100 в качающейся установке АКАФУ, одним АФА-33/50 или АФА-33/75 для перспективной съемки и одним АФА-33/50 - для плановой. Опытный Як-122 стал первым советским сверхзвуковым разведчиком. Других экземпляров машины не строили, т.к. было ясно, что после доводки перехватчика и бомбардировщика можно путем модификации этих самолетов создать в кратчайшие сроки и фронтовой разведчик, соответствующий требованиям ВВС.

И все же работу над Як-122 продолжали. В 1958 г. на его базе построили первый прототип разведчика, получившего обозначение Як-27Р. Для улучшения обзора из кабины штурмана носовой конус полностью застеклили по аналогии с доработанным Як-26-1, но в отличие от последнего нижнюю часть остекления выполнили выпуклой. Самолет оснастили модифицированным, отработанным на Як-26-1 и Як-27/27К крылом, переставным стабилизатором и двигателями РД-9Ф.

Второй летный экземпляр Як-27Р несколько отличался от первого. В частности, самолет получил усовершенствованное крыло, на котором изменили профилировку, оставили только внутренние аэродинамические гребни, увеличив их высоту. Размах крыла возрос за счет применения законцовок, вынесенных за балансиры-обтекатели крыльевых опор. Изменился и переплет остекления кабины штурмана. На госиспытаниях разведчик при взлетной массе 12500 кг достиг максимальной скорости 1285 км/ч. После их завершения самолет решили строить серийно. Таким образом, Як-27Р стал единственным из всей ветви «двадцать седьмых», который удалось довести до крупносерийного производства.

По конструкции серийные самолеты, в основном, были аналогичны второму летному прототипу. По сравнению с Як-25Р и Як-122 новый разведчик оснащался более современным фотооборудованием, позволявшим днем при хорошей видимости вести фотосъемку объектов и местности на дозвуковых и сверхзвуковых скоростях. Установленный н е п о д - вижно в фюзеляже АФА-41/10 предназначался для мелкомасштабной непрерывной (одиночными кадрами) съемки незамаскированных объектов с высоты 300- 400 м. Им же с высот от 1000 до 16000 м делались снимки для привязки к съемке, произведенной плановыми фотоаппаратами АФА-42/75 или АФА-42/100, установленными на автоматических качающихся установках АКАФУ-ЗЗМ. Самолет оснащался и перспективным фотоаппаратом, в качестве которого использовался АФА-42/75. Снимать можно было и на маневре в диапазоне высот 2000-14000 м при перегрузке до Зд. Для прицельной фотосъемки, а также для визуальной разведки и определения путевой скорости на высотах более 1000 м в кабине штурмана устанавливался прицел ПВ-2Р. В ходе серийного производства состав фотоаппаратуры менялся. Так, АФА-42/100 устанавливались на машинах с нечетными заводскими номерами, а АФА-42/75 - с четными, причем до 12-й серии вместо этого аппарата ставили АФА-37. На серийных разведчиках устанавливались пушка НР-23 с боезапасом 50 снарядов и коллиматорный прицел ПКИ.

В силовую установку серийных Як-27Р входили два РД-9Ф 1 -й серии, а начиная с самолета №1010 - 2-й серии с более надежным запуском на высотах более 5500 м, но и с большим расходом топлива, которое размещалось в пяти фюзеляжных мягких баках общей емкостью 4640 л (по некоторым документам - 4665 л). При этом дальность полета достигала 1770 км на высоте 10000 м и 1870 км на высоте 12000 м. Летом 1962 г. в ГК НИИ ВВС специальные летные испытания прошел серийный Як-27Р №0710, доработанный для установки двух подвесных топливных баков на 1050 л каждый. Они крепились с помощью бомбовых замков БДЗ-56Е к специальным балкам у переднего лонжерона и непосредственно прилегали к крылу для уменьшения аэродинамического сопротивления. Установка ПТБ была внедрена на Як-27Р с 14-й серии. Их применение позволило увеличить дальность разведчика до 2380 км (со сбросом баков после выработки горючего). При этом взлетная масса самолета возросла до 13633 кг, максимальная скорость была ограничена М=0,9, практический потолок снизился с 16550 м до 13450 м. После установки РД-9Ф 2-й серии и доработок крыла для подвески баков дальность разведчика без ПТБ снизилась до 1590 км.

Хвостовая часть серийного Як-27Р

Правая консоль крыла серийного Як-27Р

Фрагмент носовой части Як-27Р. Фотолюк приоткрыт

В общей сложности было построено 180 экземпляров Як-27Р. Первая публичная демонстрация самолета состоялась на авиационном параде в Тушино в 1961 г. В НАТО ему присвоили название Mangrove.

Один из серийных Як-27Р использовали в качестве летающей лаборатории для испытания колесно-лыжного шасси. При этом лыжи устанавливались только на задней основной опоре и при уборке шасси оставались снаружи. Передняя опора состояла из усиленной стойки с двумя колесами типа К-262 (600x125 мм). Исследовалась проходимость самолета по снегу, а также взлетно-посадочные характеристики. Испытания начались осенью 1963 г. и закончились весной 1964 г. Их проводили летчики-испытатели Б.В.Половников, В.Н.Крыжановский, О.В.Дружинин и А.Н.Преснов.

Последней моделью семейства «двадцать седьмых» стал опытный Як-27Ф, испытания которого начались летом 1960 г. На этой машине проводились, в основном, эксперименты и исследования.