Но этому, похоже, не суждено было случиться.
Первые десять серийных Як-24 проходили войсковые испытания в 652-м вертолетном полку ВВС Московского военного округа (г. Торжок Тверской области). С 1956 по 1959 год туда поступило 33 вертолета, объединенных в две эскадрильи. Об эксплуатации Як-24 известно мало, скорее всего, ее как таковой не было, поскольку 652-й вертолетный полк был единственной воинской частью, где сосредоточили почти все машины.
30 мая 1957 года вертолет (заводской № 03309), пилотируемый военными летчиками подполковником Абросимовым и капитаном Зубаревым, во время перегона машины из Ленинграда в Торжок неожиданно задрал нос и свалился. Экипаж получил ушибы, а Як-24 восстановлению не подлежал. Аварийная комиссия так и не определила причину летного происшествия. В том же году их налет составил 38 часов. Войсковые испытания Як-24 прекратились в 1958-м из-за конструктивно-производственных дефектов, снижавших безопасность полетов, тем не менее в следующем году налет достиг своего пика – 68 часов и за последние шесть месяцев 1960-го – 47 часов.
В 1959 году на Як-24 были выполнены три дальних перелета, один в Киев (для участия в маневрах Киевского военного округа), а два – в ГДР, где вертолет продемонстрировал свои возможности в ходе учений Группы советских войск в Германии. Перелет из Москвы в город Цербст (в 100 км юго-западнее Берлина) выполнил экипаж летчика-испытателя НИИ ВВС П. И. Шишова (второй пилот В. Киселев, совмещавший обязанности штурмана от военно-транспортной авиации, борттехник А. Д. Самсонов из ОКБ Яковлева и техник-оператор Н. Е. Шевцов из НИИ ВВС). Перед посадкой на аэродроме вблизи Цербста на вертолете Шишова обнаружилась течь масла из передней силовой установки. Тогда техник Шевцов прикрыл свищ в трубе маслопровода тряпкой и не выпускал ее из рук до завершения полета.
Второй вертолет, пилотируемый летчиком-испытателем НИИ ВВС С. Г. Бровцевым (штурман Н. Н. Горенков и техник О. В. Устинов), прибыл в Германию из Ленинграда без приключений. На учениях оба вертолета решили ряд задач, связанных с десантированием войск и боевой техники, и получили высокую оценку.
Кроме вышеперечисленных возможностей, Як-24 мог использоваться в спасательных операциях как на суше, так и над водой на режиме висения. Для этого на борту были предусмотрены веревочная лестница и электролебедка.
Установленный промышленностью двухгодичный гарантийный срок истек в 1960 году. Дальнейшая эксплуатация была затруднена из-за трещин в фермах фюзеляжа и элементах редукторов, отсутствия запасных частей и… необходимой доводки машин. К тому же ремонт этих машин был экономически неоправдан. Комиссия, занимавшаяся этим вопросом, рекомендовала продолжить полеты на Як-24 до выработки гарантированного срока и только вблизи аэродрома для поддержания квалификации летного состава. В 1960 году списали машины № 03302 и № 03305, имевшие плохую устойчивость и не подлежавшие регулировке после доработок на заводе № 272.
На 1 февраля 1961 года в ВВС числилось 27 Як-24. Видимо, последними были полеты Як-24 по отработке операции спасения и эвакуации космонавта и спускаемого аппарата космического корабля «Восток» на базе 3-го управления филиала НИИ ВВС в Феодосии.
Военный летчик и писатель Владимир Казаков, которому довелось осваивать Як-24 в Торжке, рассказывал: