Уверенный в своей правоте, Главный конструктор ОКБ-115 еще на стадии эскизного проекта и макетной комиссии игнорировал ряд тактико-технических требований ВВС. Однако ему все же удалось добиться утверждения проекта и подписать с рядом замечаний протокол по макету, что дало возможность построить прототип нового бомбардировщика.
Опытный Як-121 на заводских испытаниях
Серийный Як-27 с пушками НР-30
Опытный Як-27К-8
После непродолжительных заводских испытаний, на которых нормальная взлетная масса Як-123-1 составляла 10080 кг, самолет был передан на совместные государственные испытания. Это произошло несколько позднее заданного срока - отчет о проведении первого этапа был утвержден 25 июня 1956 г. На госиспытаниях ведущим летчиком по машине стал Герой Советского Союза В.Серегин (погиб в 1968 г. при выполнении тренировочного полета с Ю.А.Гагариным). Взлетная масса машины с боевой нагрузкой достигала 11200 кг. Уже первые полеты Як-123-1 с двигателями РД-9АК показали его преимущество по скорости и потолку перед Ил-28. Высота полета нового бомбардировщика достигла 16000 м (по заданию - 16000-17000 м). Согласно требованиям, самолет должен был на высоте 10000 м развивать на форсаже максимальную скорость 1225-1250 км/ч и 1100 км/ч на максимальном режиме работы двигателей. На испытаниях была достигнута скорость 1230 км/ч на высоте 10600 м - Як-123-1 стал первым в СССР сверхзвуковым фронтовым бомбардировщиком.
Испытания выявили и целый ряд серьезных недостатков: неустойчивость на больших углах атаки, недостаточная поперечная управляемость, недостаточный обзор из кабины штурмана. Однако главной неприятной неожиданностью стал реверс элеронов. Он возникал на высотах 4000-6000 м, когда скоростной напор достигал предельной величины для крыла данной жесткости. При этом самолет неадекватно реагировал на отклонение элеронов - кренился в сторону, противоположную желаемой, и в конце концов терял поперечную управляемость. Реверс элеронов, причиной которого стала недостаточная жесткость крыла на скручивание, начал проявляться при первых же попытках разогнать опытный бомбардировщик до максимальной скорости. По этой причине Як-123-1 достигал сверхзвуковых скоростей на высотах 8000-12000 м, но был не способен на это на средних и малых высотах. Кроме того, ряд тактико-технических требований ВВС так и не был выполнен, некоторые замечания макетной комиссии остались неустраненными, появились и другие новые вопросы. В итоге опытный бомбардировщик не смог получить положительной оценки.