Стрельба с К-137 проводилась : глубины 40-50 м, время предстартовой подготовки составило около 10 минут, интервал стрельбы между пусками ракет – 8 секунд (при залповой стрельбе).
При стрельбе на максимальную дальность время работы двигателя ракеты было 128,5 секунд, высота конца активного участка – 120 км и максимальная высота траектории – 620 км.
Постановлением СМ № 162- 164 от 13.03.1968 г. комплекс Д-5 с ракетой Р-27 приняли на вооружение ВМФ.
Комплекс Д-5 получили атомные ПЛ пр. 667А. Внешне лодки были похожи на американские типа «Джордж Вашингтон», за что их на западе называли «Янки тип», а у нас – «Ваня Вашингтон». Пусковые установки размещались в вертикальных шахтах, равнопрочных прочному корпусу лодки. Шахты располагались симметрично диаметральной плоскости в два ряда по 8 в четвертом и пятом отсеках.
Для самообороны ПЛ пр. 667 рассматривался вариант помещения в одной или двух шахтах зенитных ракет «Оса-М» вместо баллистических ракет. Однако реализован проект не был.
На базе ракет Р-27 была создана баллистическая ракета Р-27К, которая имела бортовые средства для визирования цели и коррекции полета головной части на конечном участке. Ракета Р-27К успешно прошла испытания и в 1974 году была принята в опытную эксплуатацию ВМФ. Ракетами Р- 27К была оснащена только одна лодка.
10 июня 1971 г. вышло Постановление СМ о модернизации комплекса Д-5. Основной целью модернизации стало оснащение ракеты головной частью с тремя боеголовками (без индивидуального наведения) с сохранением дальности стрельбы Д-5, или моноблочной боевой частью с увеличением дальности стрельбы в 1,2 раза и точности стрельбы на 15%. Модернизация коснулась двигателя: увеличена сила тяги и системы управления. Комплекс получил наименование Д-5У, а ракета – Р-27У.
Корабельные испытания ракет Р-27У проводились с сентября 1972 года по август 1973 года с ПЛ, находившейся на глубине от 42 до 48 метров при волнении моря до 5 баллов и скорости лодки от 3,7 до 4,2 узлов. Все 16 пусков в ходе корабельных испытаний оказались успешными.
Постановлением СМ № 8-5 от 4.01.1974 г. комплекс Д-5У с ракетой Р-27У, оснащенной моноблочной, или тремя разделяющимися боеголовками, приняли на вооружение.
Комплекс Д-2У состоял на вооружении до 1990 года. Всего за это время провели 161 пуск ракет Р-27У, из которых 150 было успешных.
Кроме этой модернизации, на базе ракеты Р-27 была разработана ракета Р-27К с моноблочной боевой частью, имеющей пассивную систему самонаведения, способную поражать как точечные цели на берегу, так и надводные корабли в море.