В апреле-августе 1965 г. отрабатывался режим висения самолета. Управление машиной осуществлялось на режимах вертикального взлета и посадки как с помощью системы автоматики, так и вручную. Оказалось, что при выходе из строя автоматизированной системы управления ручное управление позволяет сбалансировать самолет. Полная программа испытаний Як-36 длилась девять месяцев. За это время (как и во время испытаний на стенде) машина неоднократно дорабатывалась. Для предотвращения попадания горячих газов на вход воздухозаборника под фюзеляжем установили отклоняемый при взлетах и посадках защитный щиток большой площади. Впрочем, эту проблему не удалось решить до конца и на вертикально взлетающих самолетах более поздних конструкций.

Сенсационным оказался показ третьего прототипа Як-36 на авиационном параде в июле 1967 г. в Домодедове, Мухин, выполнив «вертикальный танец» перед зрителями и горизонтальный круговой полет, мягко приземлил машину, вызвав восторг у присутствующих и небывалый интерес у многочисленных иностранных гостей. Однако мало кто знал, что за день до парада, во время генеральной репетиции, этот же летчик потерпел небольшую аварию на втором опытном экземпляре. Организаторы праздника и фирмы предусмотрели такой вариант и подготовили к публичному показу две машины. За несколько дней до репетиции пару Як-36 с бортовыми номерами 37 и 38 переправили в Домодедово и поставили на отдаленной стоянке аэродрома.

Для парада под крыльями Як-36 подвесили два блока НУРС УБ-16-57. По проекту предполагалось установить и спаренную пушку ГШ-23. Но самолет был чисто экспериментальным и не мог применяться для военных целей. Летные характеристики машины оказались невысокими, да и силовая установка не позволяла установить нормальную боевую нагрузку. При взлетной массе 11700 кг (без боевого снаряжения) максимальная скорость составляла 1009 км/ч, потолок – 12 000 м, дальность полета – всего 370 км.