Первые серийные Як-36М комплектовались подъемными двигателями РД36–35ВФ, катапультными креслами КЯ-1М. На них устанавливались система автоматического управления САУ-36, прицелы АСП-17 с истребителя-бомбардировщика Су-17 и АСП-ПФ-21 с МиГ-21.
Первым авианесущим крейсером для Як-38 стал «Киев», переданный флоту в 1975 году.
Для успешной эксплуатации машины в условиях тропической жары и повышенной влажности воздуха и решения стоявших перед Военно-Морским флотом задач потребовалось прежде всего увеличить тягу силовой установки. На первых порах это удалось сделать, модифицировав подъемный двигатель в вариант РД36–35ФВР тягой 3050 кгс.
Другим же путем расширения боевых возможностей штурмовика стало исследование короткого разбега. Первым его опробовал осенью 1978 года летчик-испытатель О. Г. Кононенко на сухопутном аэродроме. Почти два года отрабатывалась эта методика, и лишь летом 1980 года предстояло опробовать ее на корабле. 8 сентября при взлете с авианосца «Минск», находившегося в Индийском океане, Як-38 сошел с палубы корабля и упал в воду, унеся жизнь О. Г. Кононенко.
В те же годы для расширения тактических возможностей СВВП исследовали возможность его базирования на специально оборудованных автомобильных прицепах и гражданских судах. В последнем случае использовали сухогруз «Агостиньо Нетто» и контейнеровоз «Николай Черкасов».
Первой модификацией СВВП стал учебный Як-36У (Як-36МУ) с кабинами курсанта и инструктора, для чего фюзеляж удлинили на 1,39 метра. Заводские летные испытания учебной машины начались в марте 1973 года, и в сентябре 1977-го ее запустили в серийное производство. В ноябре 1978 года Як-38У приняли на вооружение.
Особенностью самолета была система спасения членов экипажа с креслами К-36В с принудительным катапультированием и разведением траекторий инструктора и курсанта.
Як-38 последних серий существенно отличались от первых машин как силовой установкой, так и оборудованием. В ходе испытаний и освоения машины строевыми пилотами многое сделали для улучшения как его летных, так и тактических данных. Но по-прежнему оставались недостаточными грузоподъемность и дальность полета.
Единственным путем улучшения этих параметров было повышение тяги двигателей и их экономичности, но резервы их были исчерпаны.
На основании августовского 1981 года решения Комиссии президиума Совета Министров по военно-промышленным вопросам предписывалось модернизировать Як-38 с целью увеличения взлетного веса. Решая поставленную задачу, на базе Р27В-300 создали двигатель Р28–300 горизонтальной тягой 7100 кгс, а на основе РД36–35ФВР – РД-38 тягой 3250 кгс. Суммарное повышение взлетной тяги достигло около 700 кгс. Это позволило приступить к созданию СВВП Як-38М с подвесными топливными баками, вооружение дополнить ракетами класса «воздух – поверхность» Х-25МР и бомбовыми кассетами РБК-500. Одновременно носовую опору шасси сделали управляемой.
10 февраля следующего года летчик-испытатель ОКБ Ю. И. Митиков выполнил на Як-38М первый полет по полному профилю. Спустя два с половиной года завершились и государственные испытания, однако желаемого результата получить не удалось. Возросшие удельные расходы топлива двигателей практически свели на нет все тяговые преимущества новой силовой установки. Первый этап совместных государственных испытаний завершился в конце 1983 года, и тогда же машину запустили в серийное производство. Для завершения же государственных испытаний потребовалось еще почти два года. Тем не менее Як-38М поступали на флот.
Но новая техника не всегда с первого взгляда завоевывает сердца авиаторов. О том, как проходило освоение в войсках Як-38, описал заместитель командира по инженерно-авиационной службе 311-го отдельного корабельного штурмового авиаполка (шап) полковник В. Федоровский: