Вскоре были осуществлены физические пуски обоих реакторов. С первых дней нового 1963 г. начались испытания главной энергетической установки, проводившиеся испытательной партией, ядро которой составили специалисты СКБ-143. При этом они непосредственно выполняли функции сдаточных операторов АЭУ и вспомогательных систем.
[Швартовые испытания К-27]
А летом 1963 г. К-27 под командованием капитана 1 ранга И. И. Гуляева вышла в море на испытания. Для сокращения сроков сдачи ПЛ заводские, ходовые и государственные испытания были совмещены. Принимала лодку специально назначенная Правительственная комиссия под председательством вице-адмирала Г. П. Холостякова.
30 октября 1963 г. Правительственная комиссия подписала приемный акт опытовой атомной ПЛ К-27 пр. 645, рекомендовала применение АЭУ со сплавом свинец-висмут на ПЛ новых проектов, а в качестве ближайшего шага предложила организовать длительный автономный поход К-27 с целью «более глубокого изучения эксплуатационных качеств лодки и ее АЭУ».
Только в период сдаточных испытаний без особых осложнений К-27 прошла за 528 ходовых часов 5760 миль (в 1,5 раза больше, чем К-3), из них 3370 миль (59 %) в подводном положении.
За успешное выполнение работ в 1964 г. главному конструктору ПЛ А. К. Назарову в составе группы создателей корабля и его атомной энергетической установки была присуждена Ленинская премия.
После сдачи К-27 вступила в состав Северного флота и перешла к месту своего постоянного базирования в Гремиху.
В феврале 1958 г., на несуществующую еще лодку был назначен первый командир капитан 2 ранга Гуляев Иван Иванович, ставший впоследствии капитаном 1 ранга, Героем Советского Союза. Под его руководством начали формировать экипаж.
Командованием ВМФ были заблаговременно приняты меры по комплектованию и обучению команды для первой (опытовой) ПЛА пр. 645 с реактором с ЖМТ. На стенде в Обнинске личный состав экипажа лодки изучил конструкцию, принцип действия энергоустановки, инструкции по ее обслуживанию. После сдачи экзаменов на допуск к самостоятельному управлению и обслуживанию установки и ее систем каждый офицер был допущен к исполнению обязанностей по своей специальности. Вначале вахту несли в качестве дублеров, а затем и самостоятельно. В декабре 1960 г. вся команда ПЛА была уже в Северодвинске и приступила к освоению подводной лодки, которая находилась на стапеле в стадии строительства.
Среди первых офицеров прибывших на опытную атомную лодку 645 пр. (кроме командира) были офицеры Окованцев Н. Г., Петухов М. А., Ковалев Э. А., Нагорских О. А., Шпаков А. В., Соколовский В. Э., Полетаев С. М., Иванов А. А. и многие другие. Во время обучения в Обнинске, экипажу К-27 пришлось принимать активное участие в ликвидации аварии ядерного реактора на действующем стенде учебного комплекса. Вот как об этом пишет в своей статье в журнале «Тайфун» №11, 2000 г., бывший помощник командира К-27, ныне капитан 1 ранга запаса Э. А. Ковалев:
«Команда успела не только пройти курс обучения в 16-м Учебном центре в Обнинске, но и принять активное участие в ликвидации аварии ядерного реактора на действующем стенде учебного комплекса. Выполняя свои обязанности, мы, входившие в аварийные группы, в ходе ликвидации двух аварий были переоблучены. Определить величину полученных доз радиации не представилось возможным, т. к. имевшиеся в ту пору специальные приборы не позволяли точно измерять уровень альфа активности, характерной для эксплуатируемого реактора, а обычные радиометры начинали реагировать тогда, когда допустимые нормы уже превышены. До сих пор государственные чиновники без стыда уклоняются от включения фактических ликвидаторов — личный состав аварийных подразделений К-27, ликвидировавших в 1959 г. две аварии на АЭУ в Обнинске, в число ветеранов подразделений особого риска. А ведь у нас были потери: после аварий трюмного машиниста Бровцына списали по инвалидности, а командира дивизиона движения Кондратьева признали больным с диагнозом „лучевая болезнь 3-й степени“».