К испытаниям подключили второй опытный экземпляр вертолета (борт 02 желтый, завод. № Д2-02). Дальнейшие испытания проходили непросто, с частыми нарушениями сроков. Нередко полеты приходилось прерывать по не зависящим от разработчика Ка-252 причинам, например, из-за отказов двигателей. В результате этап «А» Госиспытаний (проводился совместно МАП и ВВС) растянулся почти на 4 года – с января 1974 г. по октябрь 1977 г. Были выполнены 2197 полетов с налетом 1396 ч. В процессе испытаний машину опробовали с палуб ряда кораблей, включая тяжелый авианесущий крейсер (ТАКР) «Киев». В ходе летно-морских испытаний производились взлеты и посадки с палубы при бортовой качке до 10°.
Второй опытный экземпляр Ка-252 в полете с выпущенными баллонетами
Кабина экипажа, рабочие места летчика и штурмана вертолета Ка-27ПЛ
Как обычно, был высказан ряд замечаний в отношении новой машины. Например, не обеспечивалась приемлемая стабилизация режима висения. Установленные под правую руку рычаги управления двигателями оказались неудобными. Сдвижные двери закрывались неплотно. Зимой в кабине было холодно, и у экипажа замерзали руки. Пожалуй, наиболее существенные замечания относились к пилотажно-навигационному комплексу ПНК-252, показавшему невысокую надежность. В Акте записано: «Большая отказность ПНК не обеспечит решение боевой задачи с необходимой эффективностью, снизит морально-психологический настрой экипажа». Особое недовольство у летчиков вызвали пилотажные приборы, которые существенно отличались от применяемых ранее на большинстве летательных аппаратов. Так, в указателях авиагоризонтов ПКП-77 и АГР-72 использовался так называемый метод индикации «вид с летательного аппарата на землю». Это означает, что при развороте вертолета или изменении угла тангажа его силуэтик на индикаторе оставался неподвижным, а наклонялась линия, обозначавшая искусственный горизонт. На Ка-25 все было наоборот.
Промышленность пыталась устранить недостатки, но полностью избавиться от них не удалось. Тем не менее, в мае 1977 г. параллельно с этапом «А» начался этап испытаний «Б». В ходе его было проведено 464 полета при налете около 500 ч. Полеты выполняли летчики-испытатели ГК НИИ ВВС, в т.ч. подп-ки Ю.М. Тишков, Н.Н. Трушков, А. Смирнов, А. Положенцев. Значительное внимание уделялось отработке ППС «Осьминог», которая обеспечивала решение основных противолодочных задач. В ее состав вошло несколько подсистем: гидроакустическая, радиолокационная, индикации навигационно-тактической обстановки, информационно-вычислительная. Гидроакустическая подсистема представляла собой ОГАС третьего поколения ВГС-3 «Рось-В», разработанную под руководством на редкость обаятельного человека О.М. Алещенко. Ее отличал ряд новых для того времени технических решений: сигнал от акустического приемника на борт вертолета поступал в цифровом виде, имелось 5 эталонов частоты излучения, применялся метод искусственного формирования и вращения характеристики направленности, акустическая антенна могла заглубляться до 150 м и др.
Вместо ВГС-3 на вертолете можно было использовать магнитометр АПМ-73В с магниточувствительным блоком, буксируемым на кабеле длиной 85 м. На испытаниях в Черном море с помощью ВГС-3 дизельную ПЛ удавалось обнаружить на дальностях 7000-8000 м, а с магнитометром – 400-500 м. Так как поиск с ОГАС или магнитометром не всегда возможен, на вертолете предусмотрели подвеску до 36 сбрасываемых радиогидроакустических буев (РГБ). Для работы с ними предназначалось автономное приемо-индикаторное устройство А-100 «Пахра», не имевшее связей с ППС, как и магнитометр.
Совершенно новым устройством для отечественных вертолетов была подсистема отображения тактической обстановки. Она позволяла воспроизвести на экране первичную и вторичную информации. К первичной относилось изображение надводной обстановки, ко вторичной – данные от ВГС-3 и информационно-вычислительной подсистемы в виде символов, буквенно-цифровых формуляров, векторов и др.
Информационно-вычислительная подсистема рассчитывала параметры движения цели по данным ВГС-3, радиолокационной подсистемы и сопряженного с ППС оборудования. Ее работу обеспечивала БЦВМ с быстродействием 150000 элементарных операций. По замыслу, подобное оборудование должно было автоматизировать процесс решения трудоемких задач, связанных с поиском и слежением за ПЛ, а также обеспечить экипаж необходимой информацией для принятия обоснованных решений.