Масса пустого самолета составляла 6175 кг, взлетная — 9800 кг. Опытный разведчик имел неплохие ЛТХ: на нем удалось достичь высоты 21000 м и максимальной скорости М=0,82. По отзыву Смирнова, набор высоты до 18500-19500 м затруднений не вызывал, а вот дальнейший набор требовал повышенного внимания. Установившегося горизонтального полета на высотах более 19600-20100 м добиться не удалось из-за самовыключения двигателей. Полеты производились в высотном скафандре СИ-3М, который получил ряд замечаний пилотов. Як-25РВ имел характерную особенность: снижение с больших высот происходило довольно медленно. В одном из полетов Смирнов долго не мог снизиться, и только после выпуска шасси начался медленный спуск. С похожей ситуацией сталкивался и Щербаков, предложивший разработчикам установить какие-либо средства, уменьшающие аэродинамическое качество машины.
После завершения заводских испытаний опытный Як-25РВ подготовили для установления мировых рекордов высоты полета. 13 июля 1959 г. Смирнов поднял самолет с грузом в 1 т на 20456 м, а 29 июля с грузом 2 т ему удалось достичь 20174 м. В документах ФАИ рекордный самолет обозначался как "РВ". 10 апреля 1961 г. летчик-испытатель ЛИИ Б.В.Половников на опытной машине выполнил полет для контрольного замера технической продолжительности полета — она составила 5 ч. 30 мин. 11 августа 1965 г. на переоборудованном серийном "РВ" летчик-испытатель М.Л.Попович установила мировой рекорд скорости полета по замкнутому маршруту в 2000 км — 753,048 км/ч. 18 сентября 1967 г. она же пролетела по замкнутому маршруту 2497,009 км, что было зарегистрировано в качестве официального мирового рекорда дальности полета.
ВВС не были полностью удовлетворены ТТХ Як-25РВ, но большие потолок и продолжительность полета заставили военных при отсутствии выбора согласиться на его серийный выпуск. После некоторых доработок и проведения госиспытаний самолет запустили в производство на заводе №99 в Улан-Удэ ("изд. 25РВ"). На это предприятие направили летчика-испытателя ОКБ-115 Л.А.Смирнова.