Służba Jak-27R weszły najprawdopodobniej na wyposażenie tylko 5 radzieckich pułków rozpoznawczych: 193 Samodzielnego Gwardyjskiego Pułku Lotnictwa Rozpoznawczego (193. OGRAP) w Ukurieju (w zabajkalskim okręgu wojskowym), 98. Samodzielnego Pułku Lotnictwa Rozpoznawczego (98. ORAP) w Szatołowie (obwód smoleński), 164. OGRAP w Brzegu na terytorium Polski, 48. Niżniednieprowskim OGRAP w Kołomyi i pułku SGWG w Werneuchen (NRD). Do przeszkalania pilotów wykorzystywano podobne myśliwce Jak-25, dysponujące podwójnym układem sterowania.
Jak-27R zastąpiły poddźwiękowe samoloty rozpoznawcze Ił-28R. Jednakże, mimo większej prędkości i pułapu, nowy typ nie przewyższał znacząco możliwościami Iła-28, przy tym był bardziej awaryjny i dysponował mniejszym zasięgiem. Samolot miał pewne ograniczenia eksploatacyjne i w praktyce prędkość naddźwiękowa była wykorzystywana tylko przez najbardziej doświadczonych lotników, nie jako normalny reżim służby. W tym okresie ponadto loty z dużą prędkością na wysokim pułapie zaczęły być na spodziewanym europejskim teatrze działań niebezpieczne z uwagi na rozwój pocisków przeciwlotniczych i zaczęto przechodzić do lotów nad ziemią, gdzie Jak-27R nie miał przewag nad Iłem-28.