Работая над модернизацией Як-25М, в ОКБ Яковлева создавали и более совершенный перехватчик. Самолет получил предварительное обозначение Як-121. От Як-25М машина отличалась прежде всего более совершенной аэродинамикой. Носовой радиопрозрачный обтекатель был выполнен в виде оживального конуса. Двухместная кабина экипажа осталась практически такой же, но обводы фонаря изменились, наклон лобового стекла увеличился. Заводские испытания перехватчика завершились весной 1956 года.

Не дожидаясь завершения госиспытаний было решено выпустить малую войсковую серию перехватчиков, получивших обозначение Як-27.

Як-27 строился в двух вариантах: с пушечным вооружением и с ракетным. Пушечный вариант самолета с двигателями РД-9АК оснащался двумя 30-мм пушками НР-30 и РЛС "Сокол-М". Часть самолетов оснащалась аппаратурой системы наведения "Горизонт-1В". В процессе производства на самолеты стали устанавливать доработанное крыло с отогнутым носком. Самолет имел в целом неплохие характеристики, но в конце пятидесятых годов ставку делали на ракетные системы вооружения, поэтому перспективы самолет не имел.

Як-27, оборудованный системой вооружения К-8, получил обозначение Як-27К, а комплекс перехвата в целом - Як-27К-8. Обтекатель РЛС стал немного короче, стабилизатор сделали переставным в полете, установили двигатели РД-9Ф. На перехватчиках устанавливалась модифицированная станция "Сокол-2К" и аппаратура системы наведения "Воздух-1". Самолеты снабжались тормозными парашютами.

Як-27К получил достаточно хорошую оценку летчиков, но в 1958 году на вооружение авиации ПВО приняли новый комплекс перехвата Су-9-51 с перспективой замены системы К-51 системой К-8. Этот самолет по своим характеристикам значительно превосходил Як-27К и тем самым перечеркнул его карьеру.

Всего было построено десять перехватчиков Як-27 разных модификаций. Самолет остался в числе опытных машин, но внес свой вклад в испытания и доводку ракет К-8.

В середине пятидесятых годов авиаконструкторы пытаясь поднять потолок самолетов стали устанавливать на них дополнительные жидкостные ракетные двигатели. В 1956 году первый прототип самолета Як-27 переделали в вариант Як-27В, разместив в хвостовой части фюзеляжа дополнительную силовую установку с ЖРД Л.С.Душкина. Из экипажа исключили оператора РЛС, оставив только пилота. Еще больше облегчили машину, сняв часть оборудования и тормозной парашют. Вооружение состояло из двух пушек НР-30. Заданием предусматривалось достижение скорости 2000км/ч и практического потолка 25000м, поэтому летчика защитили скафандром СИ-3 (высотно-компенсирующих костюмов тогда не было).

В ноябре 1956 года был выполнен первый полет самолета Як-28В без включения ЖРД. Однако завершить заводские летные испытания машины не удалось из-за катастрофы. Самолет разбился на взлете из-за неправильной установки стабилизатора.

Испытания были продолжены в апреле 1957 года. Была достигнута скорость полета 1900км/ч и динамический потолок 23500м. Но к этому времени по распоряжению правительства все работы по пушечному варианту Як-27 прекратили.