Опытные экземпляры Як-28П дорабатывались и испытывались в течение нескольких лет. Заводские испытания проводили ведущий летчик-испытатель В.М.Волков, оператор Н.М.Шиповский и ведущий инженер Б.Б.Соловьев. В это время Новосибирский авиационный завод вел подготовку к серийному производству перехватчика, при этом большую работу провели директор завода И.А.Салащенко, главный инженер В.С.СлуевипредставительОКБП.П.Бры-лин. В процессе доводки опытного истребителя двигатели Р-11АФ-300 заменили на Р-11АФ2-300, установив их в удлиненных гондолах с круглым входным отверстием. Объем четырех внутри-фюзеляжних топливных баков по сравнению с бомбардировщиком возрос почти на 2000 л и составлял 6570 л (подвесные баки на перехватчике не устанавливались).
Госиспытания Як-28П с системами вооружения К-8М-1 и К-98 продлились до 1965 г. Задолго до их завершения, в 1962 г., началось серийное производство самолета в Новосибирске (заводской шифр - изделие "40"). До 1965 г. там продолжалось производство перехватчика Су-11, оснащенного той же системой вооружения. Сложилась редкая ситуация, когда на одном заводе одновременно строились машины, созданные в различных КБ. Як-28П стал самой массовой модификацией из всего семейства - до 1967 г. построили 435 единиц. Однако самолет официально на вооружение принят не был, несмотря на то, что эксплуатировался частями ПВО в течение многих лет.
На Як-28П была предусмотрена возможность применения стартовых пороховых ускорителей. При включенном форсаже и работающих ускорителях разбег составлял всего около 400 м, что в совокупности с высокой скороподъемностью сокращало время выхода на цель. Для сокращения пробега при посадке из подфюзеляжного хвостового гребня выпускалась штанга с датчиком, после касания которым земли сразу же срабатывала система выпуска тормозного парашюта.
С 28 марта по 6 мая 1966 г. проводились испытания доработанного серийного Як-28П №0915310 с использованием форсажных режимов на взлете и двухкупольного парашюта на посадке (летчики В.Баранов и С.Петерин). За время испытаний выполнили 14 взлетов и посадок. Длина разбега составляла 950-1075 м, а пробега - 650-750 м. Потребная длина бетонной ВПП равнялась 1280 м. Такие взлетно-посадочные характеристики самолета позволили организовать его базирование на аэродромах с укороченными полосами в труднодоступных районах Крайнего Севера. Доработки стали внедрять на серийные машины.
С 7 июля по 15 сентября 1965 г. на аэродроме Савостлейка проводились совместные испытания доработанного перехватчика Як-28П №0615318, приспособленного для базирования на грунте прочностью 9 кг/см2. На самолете изменили конструкцию передней опоры шасси: установили защитные щитки на колеса и увеличили ход амортизатора на 75 мм.
Як-28П в цехе окончательной сборки Новосибирского авиазавода
Кроме того, усилили траверсу задней стойки шасси и цилиндры амортизаторов подкрыльевых стоек. Воздухозаборники удлинили на 760 мм, что затруднило попадание частиц грунта в двигатель. Самолет испытывался не только в Савостлейке, но и выполнил 10 полетов с грунтового аэродрома в Даугавпилсе. В результате проведенных испытаний был сделан вывод о возможности доработанного перехватчика выполнять взлет с грунта. Еще на одном Як-28П с декабря 1965 г. по февраль 1966 г. проводили испытания бортовой РЛС "Орел-Д 66-28" на помехозащищенность (летчик Ю.Б.Григоренко и летчик-оператор А.А.Калтыча). Другой Як-28П оборудовали системой сдува, пограничного слоя, которая, однако, на серийных машинах внедрена не была.
После запуска перехватчика в серию в ОКБ-115 и на новосибирском заводе продолжались работы по его' улучшению. В 1962 г. была разработана новая модификация самолета Як-28ПМ с более мощными опытными двигателями Р-11АФЗ-300, которые имели характеристики, близкие к разрабатываемому Р-13-300. В 1963 г. самолет прошел заводские испытания, в ходе которых летчиками В.М.Волковым и Ю.В.Петровым была достигнута скорость 2400 км/ч. Опытно-конструкторские работы по двигателям, длившиеся несколько лет, завершились внедрением в серию Р-13-300. Однако к тому времени производство Як-28 уже завершалось, и разрабатывать вариант этого двигателя для установки в гондоле под крылом не стали.
Модернизировать перехватчик пытались и путем совершенствования местной аэродинамики. Для улучшения разгонных характеристик на сверхзвуковых скоростях изменили форму носового обтекателя РЛС, сделав его более вытянутым. Это встретило некоторые возражения со стороны разработчиков локатора, которые боялись ухудшения i характеристик станции и комплекса в: целом. Однако компромисс все же был 1 найден. (Впоследствии установку конусов новой формы на ранее выпущенных машинах производили прямо в частях в • ходе текущих ремонтов.) Конструкторы боялись ухудшения обзора из-за удлинения носового обтекателя, и опытный перехватчик получил такой же козырек фонаря, как и Як-28Р. Но испытания показали, что старый фонарь можно сохранить.
Важнейшей особенностью этого перехватчика стало усиленное вооружение. На двух дополнительных крыльевых пилонах разместили ракеты ближнего боя Р-ЗС. Таким образом общее число ракет достигло четырех. Первоначально дополнительные пилоны располагались между гондолами двигателей и фюзеляжем. Однако пуск Р-ЗС нарушал нормальную работу силовой установки, и подвеску переместили ближе к концу крыла. Самолет прошел совместные госиспытания в 1966 г., после чего строился серийно.