Для расширения возможностей на Як-24 (бортовой № 35) установили устройство внешней подвески (с вертлюгом) грузов весом до 3500 кг.
20 июля 1957 года на Комендантском аэродроме в Ленинграде начались заводские испытания вертолета-трубоукладчика Як-24 «Нерпа», предназначенного для прокладки полевого магистрального трубопровода ПМТ-100 для подачи горючего к местам дислокации боевой техники через непроходимые для колесной и гусеничной техники участки суши. По бортам серийной машины (заводской № 03310) размещались четыре кассеты, в которых могло находиться до 88 труб (средний вес трубы – 30,5 кг). Взлетный вес вертолета при этом достигал 14 900 кг. Раскладка осуществлялась в автоматическом режиме вдоль выбранной трассы. Перед раскладкой (за 40–50 метров до начала) с вертолета сбрасывалась «кошка» с тросом длиной 600–650 метров, вращавшим барабан. Разматываясь, трос вращал ролик задающего механизма сброса труб, и начинал работать указатель путевой скорости. Был предусмотрен и аварийный сброс труб без применения «кошки».
В ходе испытаний выполнили 49 полетов и 159 сбросов труб. За один вылет Як-24 укладывал нитку трубопровода длиной 528 метров. Государственные испытания трубоукладчика завершились 31 марта 1958 года. Ведущими по испытаниям были инженер С. Х. Атабекян и летчик-испытатель К. Д. Таюрский.
Испытания показали практическую пригодность Як-24 для этих целей, причем в вариант трубоукладчика можно было переоборудовать любой серийный вертолет. Автоматическая раскладка труб осуществлялась с высот от 8 до 40 метров.
После испытаний вертолет возвратили на завод и переоборудовали в топливозаправщик (тема «Луч»). Для этого в грузовой кабине разместили три 1060-литровых бака, или до десяти 200-литровых бочек, или 99 двадцатилитровых канистр. Заправка до четырех объектов боевой техники могла проводиться как с посадкой через четыре горловины, так и на режиме висения с помощью одного рукава. Государственные испытания (ведущие – инженер А. М. Загордан и летчик-испытатель К. Д. Таюрский), проведенные с 24 мая по 26 июня 1958 года, показали, что запас прочности вертолета оказался недостаточным для выполнения подобных операций, и вопрос о принятии на вооружение как топливозаправщика, так и трубоукладчика должен был решиться после завершения войсковых испытаний Як-24.
28 декабря 1957 года начались заводские испытания, а в октябре следующего года завершились государственные испытания модифицированного Як-24У (уширенного), переделанного из серийного (заводской № 2720104) в соответствии с указаниями заместителя председателя Госплана СССР М. В. Хруничева. Как следует из названия, вертолет отличался от своего предшественника прежде всего увеличенной на 400 мм шириной грузовой кабины. Это сделали для расширения номенклатуры перевозимой военной техники, включая самоходную артиллерийскую установку АСУ-57. Количество раненых и больных, перевозимых на Як-24У, возросло до 18 человек, не считая медицинского персонала.
Экипаж, как и прежде, состоял из трех человек, но вместо стрелка-радиста в его состав ввели борттехника, выполнявшего обязанности стрелка. В отличие от предшественника, наводка оружия на цель производилась стрелком из положения сидя с сиденья, расположенного посередине кабины летчиков, впереди и ниже их кресел. При этом сиденье стрелка (борттехника) с механизмом аварийного покидания вертолета вниз размещалось в отсеке радиооборудования и могло перемещаться по салазкам вдоль кабины.
На этой машине вновь установили несущие винты диаметром 21 метр (перекрытие 4,5 метра) и увеличили углы их наклона до 2,5 градуса переднего вправо, а заднего влево. Тогда же главный конструктор Як-24 Эрлих пообещал заменить на всех серийных вертолетах лопасти несущих винтов новыми. Но произошло ли это, установить не удалось.
Оперение осталось двухкилевым, но стабилизатор стал без поперечного V. Площадь стабилизатора сократили с 9,62 м2 до 4 м2, а угол его установки возрос с нуля до +2 градусов. Площадь шайб осталась прежняя, но углы их установки увеличили с +3,5° до +5°. С киля сняли триммер, увеличили объем топливных баков и предусмотрели возможность наружной подвески грузов. При этом нормальная «коммерческая» нагрузка возросла до 3000 кг, а на внешней подвеске можно было перевозить до 3500 кг.
В систему управления ввели автоматы парирования АП-120М, предназначенные для создания искусственного демпфирования в каналах тангажа, крена и курса вертолета в полете, шасси оснастили противорезонансными амортизационными стойками. Диаметр колес шасси уменьшили с 750 мм до 700 мм.