Весной 1963 года на самолете № 36 начались исследования средств защиты двигателей от попадания в них отраженной струи и ресурсные испытания. Для этого предусмотрели два подфюзеляжных газоотражающих щитка: один в носовой части, а другой – перед соплами ТРД. На фюзеляже за передним газоотражающим щитком по нижней образующей его поперечного сечения расположили устройство для создания газоструйной завесы.
На машине № 37 отрабатывались вертикальные взлеты и посадки, сначала на привязи до полуметровой высоты, а затем на режиме свободного висения на высотах до пяти метров. На самолете № 38 при подъеме на кабель-кране исследовали эффективность струйных рулей, автопилота и перекомпонованных органов управления в кабине летчика. Экспериментаторы подбирали нормы расхода воздуха, придававшие самолету устойчивость на висении, и делали его послушным воле пилота.
Параллельно с Гарнаевым машину освоил Мухин. Висения осуществлялись на высоте около полуметра над ямой, закрытой сверху стальной решеткой, и лишь затем перешли на «твердую» поверхность.
27 июля 1964 года на машине № 38 Мухин выполнил первый полет, но с разбегом и пробегом, и лишь два месяца спустя состоялось первое свободное висение. Спустя полтора года, 7 февраля 1966-го, Мухин, взлетев вертикально, выполнил полет по кругу и произвел посадку по-самолетному, а 24 марта совершил полет по кругу с вертикальными взлетом и посадкой. Столь длительный срок испытаний связан прежде всего с осторожностью Яковлева при решении каждой задачи, и особенно при проведении испытания.
Позже заслуженный летчик-испытатель, Герой Советского Союза В. Г. Мухин рассказывал:
Як-36 впервые продемонстрировали на воздушном параде в июле 1967 года в московском аэропорту Домодедово. Под крылом СВВП зрители могли наблюдать подвешенные блоки для неуправляемых авиационных ракет УБ-16. Но это было бутафорное вооружение, поскольку на самолете отсутствовало оборудование, необходимое для его боевого применения. Да и малая грузоподъемность не позволяла использовать Як-36 в этом качестве, хотя подобные проработки проводились.
После воздушного парада в Домодедово Яковлев обратился в правительство с предложением о выпуске 10–15 Як-36 для отработки методики эксплуатации подобных машин на корабле. Однако это предложение отклонили и в ОКБ приступили к разработке боевого самолета Як-36М (изделие «ВМ»).
Первая машина № 36 стала экспонатом авиационного музея в Монино.
Штурмовик Як-38