Эту высоту опытный перехватчик набирал за 4,3 мин. Почти все основные параметры технического задания (ТЗ) были превышены. Однако по дальности полета самолет несколько «недотягивал» на высоте 12000 м этот показатель составлял 2800 км и 3250 км с подвесным баком, продолжительность полета составляла 3 ч 45 мин и 4415 мин соответственно. Тем не менее, эти данные позволяли нести боевое дежурство в воздухе на значительном удалении от аэродрома. Самолет имел хорошую управляемость и допускал выполнение фигур сложного пилотажа. Однако отсутствие штатной РЛС затрудняло предъявление его на государственные испытания. Поэтому в начале декабря 1952 г. в МАЛ приняли решение срочно оснастить Як-120 радиоприцелом РП-1 «Изумруд» (удовлетворительно прошел госиспытания на перехватчике ОКБ Микояна СП-5 и рекомендовался к серийной постройке) и в таком виде передать его на испытания в ГК НИИ ВВС. При этом самолет «200Б» предписывалось передать в НИИ-17 для использования в качестве летающей лаборатории для отработки и доводки в воздухе станции «Сокол».
Госиспытания Як-120 проходили в ГК НИИ ВВС и заняли больше года. С марта по июнь 1953 г. оценивались прежде всего ЛТХ самолета. Были получены следующие максимальные показатели: скорость — 1090 км/ч (на высоте 5000 м), практический потолок — 14500 м, дальность полета — 2700 км (с подвесным баком при взлетной массе 9450 кг на высоте 12000 м). Высоту 10000 м машина набирала за 5,5 мин. Несмотря на ряд замечаний госкомиссии, было принято решение о запуске самолета после доработок в серию под обозначением Як-25. В конце года полученные летно-тактические характеристики были утверждены для серийных самолетов Постановлением Совмина СССР №2359-965.
В процессе испытаний и подготовки перехватчика к серийному производству на опытных машинах ввели некоторые конструктивные улучшения, в частности, установили второй гребень на отъемных частях крыла. После устранения недостатков взлетная масса Як-120 возросла до 8700 кг. С 1 по 26 октября 1953 г. Волков провел заводские контрольные испытания доработанной машины, после чего в ноябре ее госиспытания продолжились.