Самолет вместе с опытным бомбардировщиком Як-123 участвовал в воздушном параде 1956 г. в Тушино.
Как и в случае с бомбардировщиком, военные торопили разработчиков с предъявлением на испытания перехватчика с двигателями РД-9Ф. Но из-за задержек с их поставкой сроки постройки прототипов срывались, и предъявление самолета на госиспытания было перенесено на III квартал. Не дожидаясь их проведения, было решено выпустить малую войсковую серию перехватчиков, при постройке которых требовалось учесть замечания военных. Выпуск самолетов, получивших обозначение Як-27, на заводе №292 в Саратове начался уже в 1956 г., т.к. предварительная подготовка производства была проведена еще в процессе заводских испытаний Як-121 и Як-123.
Як-27 (заводской шифр «изд. 21») строился в двух вариантах: с пушечным вооружением и с ракетным. Первые серийные истребители отличались от опытного Як-121 двигателями РД-9Ф, а также небольшими конструктивными изменениями, в частности, несколько другими обводами носового конуса, на вершине которого установили штангу ПВД. Вместо 37-мм пушек, имевших невысокую скорострельность, применили пушки HP-30. Часть самолетов оснащалась аппаратурой системы наведения «Горизонт-1В». В процессе производства на самолеты стали устанавливать доработанное крыло с отогнутым носком.
Головной Як-27 был испытан на заводском аэродроме в Саратове в июле 1957 г. летчиком Чувиным. На машине №0102 отрабатывался полет на одном работающем двигателе, а на Як-27 №0204 провели испытания в связи с установкой доработанного крыла. Прошедшие в НИИ ВВС госиспытания в целом подтвердили неплохие ЛТХ перехватчика, но перспективы самолет не имел — в конце 50-х гг. ставку делали на ракетные системы вооружения, поэтому истребитель, оснащенный только пушками, в серию вряд ли стали бы запускать.
Як-27, оборудованный системой вооружения К-8, получил обозначение Як-27К, а комплекс перехвата в целом — Як-27К-8. Опытный самолет строился на заводе ОКБ-115 как второй прототип Як-121 и конструктивно мало отличался от первой опытной машины.