Сентябрьским 1953 года Постановлением Правительства, кроме принятия на вооружение Як-25, ОКБ-115 предписывалось установить на перехватчик двигатели АМ-9 большей тяги и в счет перегрузки дополнительно к пушкам Н-37Л – 32 реактивных снаряда АРС-57 или четыре неуправляемых турбореактивных (стабилизировавшихся вращением) снарядов ТРС-190. При этом его максимальная скорость задавалась 1150 км/ч на высоте 5000 метров (1100 км/ч на 10 км), время набора высоты 10 км – две минуты, потолок – не ниже 16 500 метров и продолжительность полета с подвесными баками – четыре часа.
Як-25МШ в беспилотном варианте
Так появился Як-120М, оснащенный более мощными двигателями РД-9 тягой по 3250 кгс на режиме форсажа, что привело к доработке мотогондол и крыла. Пушки заменили более легкими НР-23 калибра 23 мм, при этом предусмотрели на перехватчике предписанное правительством реактивное вооружение. Но пока Як-120М испытывали и доводили, появились более совершенные сверхзвуковые машины, а Як-120М так и остался в разряде экспериментальных. В 1955 году Як-120М в соответствии с приказом министерства 11 октября переоборудовали в летающую лабораторию по испытанию двигателя М-9Ф (АМ-9Ф). Этим же документом предписывалось «проработать возможность использования летающей лаборатории <…> под двигатели АМ-11».
В пятидесятые годы прошлого столетия в руководстве Советского Союза была популярной идея превращения военных самолетов в ракетоносцы. В одном из распоряжений правительства говорилось: «…обязать МАП (т. Дементьев), главных конструкторов Яковлева, Кунявского и начальника НИИ-17 Комиссарова разработать к 1 октября 1954 г. технический проект применения управляемого снаряда К-5 на самолете Як-25М с РЛС «Сокол».
В 1956 году эскадрилья Як-25К, вооруженная ракетами РС-2-У класса «воздух – воздух», наводящимися на цель по радиолучу, базировалась на аэродроме близ Красноводска. Прорабатывали и вариант размещения на самолете ракет К-75 аналогичного назначения и РЛС «Изумруд-2». В 1957 году на Як-25М № 0119 и № 1110 с РЛС «Алмаз-3» летчики ЛИИ М. Коржаков и М. Петушков испытывали управляемые ракеты К-7 и К-8. Истребитель использовали как самолет-имитатор крылатых ракет морского базирования, в частности П-6, созданной под руководством В. Н. Челомея.
Як-25 стал первым отечественным барражирующим перехватчиком и эксплуатировался в авиации ПВО до конца 1960-х годов. За годы серийной постройки завод в Саратове выпустил 483 машины, в том числе 406 Як-25М с радиолокационным прицелом «Сокол» и десять разведчиков Як-25Р.
«Яки» можно было встретить на аэродромах ПВО от западных границ СССР до Камчатки. Например, в Ростове, Ленинграде (Горелово и Громово), Ржеве, Бежицке, Курдомире, Шауляе, Нарьян-Маре. На аэродроме Большой (на окраине Хабаровска) дислоцировались два полка Як-25 Амурской Краснознаменной истребительной авиадивизии, переданной в ПВО в 1960 году. Впоследствии дивизия переучилась на МиГ-25П.
Як-25 совместно с другими машинами ПВО в 1950-е годы практически наглухо прикрыли воздушное пространство СССР от непрошеных гостей. Им не довелось участвовать в воздушных сражениях, но сбитых автоматических аэростатов на их счету предостаточно, хотя последние для высокоскоростных самолетов считались очень сложными воздушными целями.
Як-25 в экспозиции Монинского музея ВВС
Снимаемые с вооружения перехватчики, как, впрочем, и другие устаревшие боевые машины, переделывали в радиоуправляемые мишени. Так появился Як-25МШ, способный выполнять автоматический взлет, полет в зону и управляемую с самолета УТИ МиГ-15 посадку.
Для этого Як-25МШ укомплектовали приемной 16-командной аппаратурой дискретного радиоуправления МГПУ-1, автоматом уборки шасси, доработанным автопилотом АП-28МЯ, радиовысотомером РВ-2, радиомаяком СВБ-5 и системой регистрации промаха. Завершившиеся в феврале 1960-го совместные с заказчиком испытания показали, что Як-25МШ по боевым и тактическим характеристикам превосходил мишени МиГ-15М и Ил-28М и в основном соответствовал требованиям ВВС. Продолжительность полета Як-25МШ достигала двух часов, он мог применяться на высотах от 600 до 13 000 метров и развивать максимальную скорость до 1070 км/ч.
Несколько Як-25 переоборудовали для проверки систем аварийного спасения экипажей самолетов. В частности, в 1961 году в НИИ ВВС испытывалось катапультное кресло К-24 с комбинированным стреляющим механизмом, допускавшее спасение пилота на режиме прерванного взлета. На летающих лабораториях Як-25, например, отрабатывались управляемый стабилизатор и антиобледенительные устройства воздухозаборников двигателей РД-9 и Р11–300, система дистанционного управления и автомат путевой устойчивости.