В 1960 году летчики А. А. Щербаков (ЛИИ) и Г. Т. Береговой (НИИ ВВС) испытали Як-27Р на штопор и разработали рекомендации строевым пилотам по выводу машины из этого сложного положения. В частности, было установлено, что после сваливания в штопор двигатели необходимо выключить во избежание перегрева и самопроизвольной их остановки. Запуск двигателей предписывалось производить после выхода из штопора на высотах и скоростях, рекомендованных инструкцией по запуску.
Як-27Р на контрольных испытаниях, 1959 год
В 1958 году построили летающую лабораторию Як-27Р, предназначенную для отработки разведывательного оборудования самолета Як-28Р. Самолет оснастили радиолокационным бомбардировочным прицелом РБП-3, автопилотом АП-28 и дистанционным астрокомпасом ДАК-И.
В июле 1959 года ГКАТ принял решение об оборудовании на заводе № 292 в I квартале двух серийных Як-27Р телевизионной разведывательно-корректировочной аппаратурой «Буревестник», предназначавшейся для наблюдения на наземном командном пункте изображения местности и объектов, над которыми пролетал разведчик, и их фотографирования, а также визуальной корректировки огня артиллерии.
Заводские летные испытания самолета провели на заводе в Саратове в сентябре 1960-го, после чего машину передали в НИИ ВВС для специальных испытаний весной 1961 года. В итоге признали, что самолет может быть использован лишь в качестве летающей лаборатории с ограничениями по скорости и числу М.
С 15 мая по 10 августа планировалось провести государственные испытания на базе 511-го орап 48-й ВА на аэродроме Буялык под Одессой, однако из-за обнаруженных дефектов они затянулись и завершились 18 октября 1961 года. Испытания подтвердили возможности аппаратуры, в целом соответствовавшей тактико-техническим требованиям ВВС. Но до внедрения «Буревестника» на строевых Як-27Р дело не дошло.
В соответствии с планом мероприятий по внедрению радиотехнической системы ближней навигации РСБН-2, утвержденным главнокомандующим ВВС 8 августа 1961 года, ее установили на Як-27Р № 1009. При этом с самолета сняли автоматический радиокомпас, радиовысотомер малых высот и маркерный радиоприемник. При облете машины в ходе приемки на испытания выявили много недостатков в РСБН-2 и в ее размещении. Пришлось вернуть АРК-10, установив его вместо АФА-2 и МРП-56П.
Испытания проходили с 19 января по 5 февраля 1963 года, но в качестве эталона самолет так и не приняли. Сказалась неустойчивая работа РСБН-2, а отсутствие радиовысотомера снижало безопасность полета.
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.