23 января 1953 года на аэродроме ЛИИ при испытании трансмиссии разрушилась и сгорела ресурсная машина (построенная в Москве). Затем ее сменил первый серийный Як-24 № 2720101. Из-за этого государственные испытания прервали в феврале, а поиск причины происшествия и ее устранения затянулся до мая.
Постановлением Правительства от 31 января 1952 года ленинградских авиастроителей обязали построить в III квартале 1953-го 10, а в IV – 20 вертолетов Як-24. В то же время программой завода на 1953 год предусмотрели постройку трех аппаратов, предназначенных для испытаний.
19 февраля 1953 года на аэродроме Чкаловская при гонке двигателей на привязи, в момент перехода с режима висения на взлетный, второй опытный вертолет № 01272302 вошел в неустойчивое состояние. В результате произошел поочередный разрыв передних карабинов швартовочных цепей. После отрыва машина, управляемая техником, с плавным разворотом и креном полетела над землей на высоте около трех метров и, развернувшись приблизительно на 150 градусов, резко опустила нос и рухнула на землю.
Испытания в НИИ ВВС уже подходили к концу, оставалось выполнить посадку на режиме авторотации и ряд доводочных полетов, когда 15 апреля 1953 года произошла еще одна авария – оборвалась тяга управления левым стабилизатором. Экипажу, в который входили летчики П. И. Шишов, М. Борошенко и борттехник А. П. Сунцов, пришлось впервые выполнить посадку на авторотации, тем самым проверить вертолет на этом, довольно сложном режиме полета. Как говорится, не было бы счастья, да несчастье помогло. Эта авария позволила выявить серьезный дефект вертолета, связанный со срывом потока с оперения на некоторых режимах полета и, как следствие, с возникновением сверхнормативных нагрузок на органы управления. И снова исследования и доработки, затянувшиеся на полтора года.
В конструкцию первых вертолетов с V-образным оперением ввели несколько изменений, благоприятно отразившихся на их летных характеристиках. В частности, усилили отдельные узлы фюзеляжа и системы управления и расширили диапазон углов установки стабилизатора.
Як-24 позволял транспортировать 19 десантников с полным вооружением или до 12 раненых в сопровождении медицинского работника. В различных комбинациях перевозились пушки калибра до 76 мм, минометы калибра до 120 мм с расчетами и боеприпасами, два мотоцикла с колясками и десантниками или шесть мотоциклов без колясок также с десантниками. В грузовом отсеке свободно размещались автомобили ГАЗ-67Б и ГАЗ-69.
Экипаж Як-24 включал трех человек: двух пилотов и стрелка-радиста. Для стрельбы из пулемета А-12,7 стрелок переходил из кабины радиста и обстреливал цели из положения на коленях, под которыми находились мягкие маты.
Столкнувшись с сильнейшей тряской, когда, по выражению летчиков, «зубы стучали», испытания затянулись. Подобные вибрации сопутствовали и другим вертолетам, например, «Бристоль-173» англичанина Хаффнера и HRP-1 американца Пясецкого, построенным по аналогичной схеме. На 21-м полете от тряски развалился вертолет YH-16, похоронив под собой пять членов экипажа, ресурсный же Як-24 разрушился на 187-м часу (110-е испытание). Было рассмотрено много версий о причинах этого явления, укоротили даже на 500 мм лопасти несущего винта, но избавиться от тряски никак не удавалось.
Несколько раз по этой причине вертолет возвращали из НИИ ВВС в ОКБ на доработку, но все было тщетно. Лишь после выявления неблагоприятного сочетания значительных деформаций фюзеляжа и кинематической цепи системы управления вертолетом удалось резко снизить уровень вибраций.
В августе 1954 года летчики Е. Ф. Милютичев и Ю. А. Гарнаев начали заводские летные испытания второго серийного Як-24 (заводской № 2720201), а 25 октября Гарнаев выполнил на нем первый беспосадочный перелет из Ленинграда в Москву продолжительностью около пяти часов. Освоив Як-24, Гарнаев в одном из отчетов о заводских испытаниях отметил:
В декабре 1954 года машину № 2720201 в третий раз предъявили на государственные испытания. Затем к ним присоединился вертолет № 2720301 (третий серийный), который Ю. А. Гарнаев и второй пилот А. П. Богородский перегнали из Ленинграда в Москву 14 марта 1955 года. Как и прежде, ведущими на этом этапе испытаний были инженер А. М. Загордан, летчик-испытатель Павел Иванович Шишов, второй пилот – В. И. Кравченко. Комиссию по государственным испытаниям возглавлял командующий десантно-транспортной авиацией маршал Н. С. Скрипко.