В испытаниях семейства самолетов Як-27 участвовали также летчики ОКБ-115 В. П. Смирнов, А. Л. Колосов, Ю. В. Петров, Г. М. Куркай.
Серийное производство Як-27Р осуществлялось с 1958 по 1962 год. За это время построено 16 серий в количестве 165 самолетов.
11 мая первые три машины, пилотируемые летчиками-испытателями авиационной промышленности вместе со штурманами 47-го отдельного гвардейского разведывательного авиаполка (ограп), перегнали на аэродром Шаталово в Смоленской области. Спустя три дня туда перелетели еще четыре машины.
На изучение новой техники личным составом полка ушло менее месяца, и 5 июня начались полеты. Столь быстрому освоению материальной части способствовал опыт эксплуатации самолетов Ил-28Р, Як-25М и Як-25Р. В тот день после полета летчика-испытателя НИИ ВВС Глазунова, продемонстрировавшего ряд фигур сложного пилотажа, с разрешения заместителя командующего ВВС Московского военного округа первым вылетел командир полка полковник Е. Кравцов. В том же месяце начались массовые полеты на Як-27Р, и к концу года самолет освоили 30 экипажей.
Главным событием в 47-м ограп в 1960 году были войсковые испытания Як-27Р, проходившие с 10 апреля по 1 октября. В них участвовали десять Як-27Р, выпущенных в IV квартале 1959 года и I квартале 1960 года.
Полеты осуществлялись с аэродрома Шаталово, а на боевое применение – на полигон Кушалино из Мигалово (г. Калинин, ныне Тверь). Испытания показали, что установленные генеральным конструктором ограничения по приборной скорости (не более 880 км/ч) и безопасного катапультирования (750 км/ч) значительно сужают эксплуатационные возможности самолета, особенно на малых высотах. На самолетах не было устранено большое количество недостатков и дефектов, выявленных на государственных испытаниях.
Прицел-визир ПВ-2р, впервые установленный на самолете № 0204, доработанном в вариант корректировщика артиллерийского огня, вследствие принципиальных недостатков конструкции не обеспечивал выполнение задач воздушного фотографирования, визуальной разведки и определение навигационных элементов полета. В итоге использование ПВ-2р на самолете признали нецелесообразным и пожелали установить визир с неограниченным полем зрения, жестко связанный с самолетом. Но другого прицела промышленность не создала, и пришлось довольствоваться тем, что имелось.
Недостаточным был и ресурс двигателя – 100 часов.
Як-27Р № 0407, оборудованный разведывательно-корректировочной аппаратурой «Буревестник», 1961 год
По результатам войсковых испытаний заказчик сделал замечание, предложив промышленности оснастить Як-27Р радиолокационным прицелом РБП-3 и ночным оборудованием подсветки целей. Конструкторское бюро А. С. Яковлева пыталось решить поставленную задачу, но до оснащения самолета подобным оборудованием дело не дошло по не зависящим от ОКБ причинам.
Одновременно с войсковыми испытаниями с 13 по 20 июня экипажи полка участвовали в ученьях Сухопутных войск «Дон».
Летом следующего года в исторический формуляр полка записали еще одно этапное событие. 9 июля 21 самолет Як-27Р прошел в плотном строю на высоте 125 метров со скоростью 850 км/ч над летным полем аэродрома Тушино. И хотя показ техники прошел без эксцессов, в процессе подготовки к нему пришлось поволноваться как представителям промышленности, так и наземным службам ВВС. Дело в том, что на двух Як-27Р периодически отказывало управление устройством перестановки стабилизатора, и, как выяснилось, происходило это из-за подгорания электрических контактов в переключателе. На одном разведчике отказало бустерное управление из-за разрушения шланга подвода гидравлической жидкости.
Парад в Тушине был первым и последним «массированным» применением Як-27Р, потребовавшим выучки летного состава полетам строем, несвойственным разведчикам. После воздушного парада НАТО присвоило самолету кодовое обозначение «Мэнгроув», что в переводе означает «Мангровое дерево».
Второе ЧП в 47-м ограп произошло в июне 1962-го. Во время ночных полетов у самолета старшего лейтенанта Пеганова (штурман – старший лейтенант Балденков) на пробеге сложилось шасси. Следовавший за ним старший лейтенант Воробьев увидел лежащий на ВПП Як-27Р слишком поздно, и обе машины получили значительные повреждения. В итоге первый самолет отправили в качестве учебного пособия в техническое училище, а второй – на свалку.
Единственная трагедия полка, связанная с полетами на Як-27Р, произошла во время учений 27 мая 1965 года. При подходе к аэродрому Екабпилс на самолете командира эскадрильи майора Суховерхова (штурман Каленчук) на высоте 5000 м остановились, видимо из-за утечки топлива, оба двигателя. Пытаясь перетянуть болотистую местность, летчик спланировал до высоты 1000 метров и дал команду штурману покинуть самолет. После чего командир привел в действие механизм катапультирования, но летчик так и не отделился от кресла. Расследование катастрофы показало, что ее причиной стал конструктивно-производственный дефект – перекос объединенного разъема парашютного кислородного прибора. После этого случая кресла на всех Як-27Р доработали.