Тяжёлые ракеты потребовали использования авиационного катапультного устройства АКУ-58-1, оснащённого пневматическими толкателями, выводившими ракету при пуске на безопасное расстояние от носителя во избежание возникновения помпажа силовой установки и повреждения самолёта факелом мощного ракетного двигателя.
В качестве оружия самообороны на «Кайре» использовались ракеты Р-60 (Р-60М) с тепловой ГСН, подвешиваемые на АПУ-60-I или спаренные АПУ-60-II. Новые ракеты обладали повышенной эффективностью в манёвренном воздушном бою. Р-60 могла запускаться в широком диапазоне скоростей (от 600 км/ч до М=1,7) и высот полёта (от 30 до 10 000 м), имела минимальные ограничения по применению, могла поражать цели, маневрирующие с большими перегрузками, и обладала высокой поражающей способностью, рассекая цель ударом стержневой боевой части.
Первый полёт на опытном образце МиГ-23БК «32–26/1» (бортовой номер 361) был выполнен 30 декабря 1974 г. Ведущий лётчик — А. Г. Фастовец, а позднее В. Е. Меницкий. Со стороны заказчика ведущим лётчиком по «Кайре» выступал Герой Советского Союза А. С. Бежевец, к этому времени занимавший должность начальника 1-го Управления НИИ ВВС, специализировавшегося на истребительной, истребительно-бомбардировочной и бомбардировочной авиации. Генерал-лейтенант Бежевец, известный как прямой и дотошный человек, непримиримый к недостаткам, сделал очень много для доводки перспективной машины с уникальным новейшим оборудованием.
На испытания в 1975 г. вывели первый, а через год и второй опытный образец. Отработку ЛТПС предполагалось вести на подготовленной НПО «Геофизика» и НИИ радиопромышленности летающей лаборатории Ан-26К. На её борту разместили блоки «Кайры», запасные узлы, контрольно-записывающую аппаратуру, рабочие места, пульты и экраны, за которыми работала бригада инженеров-испытателей. Планировалось сначала испытать ЛТПС на летающей лаборатории, отработать функционирование её составляющих, проверить методики и алгоритмы. Однако отладка «Кайры» затянулась до 1976 г., и система сразу начала испытываться на истребителях-бомбардировщиках, причём с обнадёживающими результатами. Как вспоминал ведущий инженер по этой системе М. М. Шарапов, «как-то сразу у нас многое стало получаться». В итоге, большая часть подготовки системы прошла на боевых самолётах, а летающей лаборатории отводилась вспомогательная роль. Полёты на ней выполнял ведущий летчик НИИ РП Л. Тецман, от ОКБ Микояна в них участвовали штурманы-испытатели Л. Попов и В. Зайцев. В 1977 г. к первым двум машинам присоединились ещё две «Кайры» (бортовые номера 363 и 364). Для испытаний опытное производство НПО «Геофизика» подготовило 40 комплектов аппаратуры ЛТПС «Кайра-23».
После продолжительных испытаний, вызванных сложностью и принципиальной новизной прицельно-навигационного комплекса, машина была запущена в серию с конца 1978 г. на иркутском авиационном заводе. На вооружение самолёт приняли под наименованием МиГ-27К (изделие 23БК или 26) постановлением от 26 июля 1980 г. Этим же документом была поставлена на снабжение ЛТПС «Кайра-23». Серийное производство этой аппаратуры наладил оптико-механический завод в подмосковном Загорске. Всего предприятием в Иркутске до января 1983 г. в 24 сериях было выпущено 214 экземпляров МиГ-27К. В 1-й и 2-й сериях было по две машины, в 3-й — пять, с 4-й по 23-ю — по десять, а в последней — вновь пять машин. Стоит отметить, что два МиГ-27К первых серий были собраны на авиазаводе в Улан-Удэ из комплектов, поставленных из Иркутска. После приёмки их вернули в Иркутск, где машины были доработаны и получили новые серийные номера. Всего с учётом опытного образца, пары самолётов, изготовленных в Улан-Удэ и иркутских «Кайр» было изготовлено 217 МиГ-27К.
МиГ-27К обладал превосходными возможностями, однако его доводка, производство и эксплуатация сопровождались множеством трудностей. За все достоинства пришлось платить, как в прямом, так и переносном смысле. Прежде всего, большая стоимость нового оборудования не позволяла сделать МиГ-27К массовым. Многочисленные неполадки с системой «Кайра» долгое время были причиной того, что военные не спешили принимать самолёт на вооружение. Сдача каждой построенной машины требовала существенных усилий. В то время на иркутском авиазаводе вновь можно было увидеть десятки не принятых самолётов, стоявших в очереди на доработку.
Долгие испытания и доводка «Кайры» не были исключительным явлением. Совместные испытания Су-24, оснащённого ПНС «Пума» с большим количеством новой аппаратуры, начатые в январе 1970 г., завершились только в июне 1974 г. Су-24М с аналогичной системой «Кайра-24» и ПНС «Тигр» также потребовал более четырёх лет на заводские и совместные госиспытания, в ходе которых потребовалось выполнить почти 1000 полётов. ЛТПС для него, представленная на испытания в декабре 1976 г., была принята на снабжение только в июне 1983 г.
Задача разработчиков МиГ-27К осложнялась ещё тем, что работать с ЛТПС приходилось одному лётчику, в то время как на Су-24М нагрузка распределялась между лётчиком и штурманом-оператором. Это обусловило более высокий уровень автоматизации «Кайры-23» с неизбежным усложнением системы. Однако «игра стоила свеч». Боевая эффективность МиГ-27К по сравнению с предшествующими модификациями увеличилась многократно. Так, для выполнения задания, для которого требовалось семь обычных МиГ-27, достаточно было всего четырёх «Кайр».
Использование МиГ-27К с управляемыми средствами поражения давало отличные результаты, позволяя экономить самолёто-вылеты и выделять для поражения цели существенно меньший наряд сил. К примеру, если для уничтожения типового укреплённого сооружения требовалась шестёрка истребителей-бомбардировщиков с дюжиной ФАБ-500, то применение «Кайр» позволяло сделать это атакой одного самолёта с парой ракет Х-29 или бомб КАБ-500. Возможности МиГ-27К выглядели весьма серьёзно даже на фоне более мощного бомбардировщика Су-24. Уступая последнему по боевой нагрузке, МиГ-27К (да и обычные МиГ-27) существенно превосходили по точности удара. Круговое вероятное отклонение при маловысотном бомбометании с горизонтального полёта для МиГ-27К оказывалось почти вдвое меньшим, чем у «сушки». До конца 1970-х гг. МиГ-27К не было равных во фронтовой авиации СССР, да и после начала выпуска модернизированного Су-24М в 1979 г. он практически не отставал от него по номенклатуре применяемых средств и точности поражения целей.
Повышая боевую эффективность МиГ-27, состав его вооружения постепенно расширяли. Универсальные контейнеры мелких грузов КМГ-У, снаряжались каждый восьмью блоками с небольшими осколочными и противотанковыми бомбами или минами для поражения площадных и протяженных целей, а также минирования местности. Два таких контейнера подвешивались на крыльевые балочные держатели. НАР типа С-5 постепенно заменялись более мощными ракетами С-8 в блоках Б-8М (или Б-8М1). Вместе с тем, новые тяжёлые НАР С-13 «пушечного» калибра 122 мм оказались неподходящими для МиГ-27 — факел пороховых газов при их пуске приводил к повреждению стабилизатора самолёта, а блоки Б-13Л, в которых они размещались, толком невозможно было подвесить на держателях — им мешали выпускающийся закрылок и стойки шасси. Те же проблемы воспрепятствовали использованию НАР типа С-25, наиболее мощных представителей арсенала неуправляемых авиационных ракет. Из-за особенностей компоновки машины четырёхметровые ракеты в объёмистых пусковых трубах не умещались ни на подкрыльевых, ни на фюзеляжных держателях. Правда, даже если бы их удалось подвесить, их применение было бы невозможным из-за мощного факела работающего двигателя, способного вмиг заглушить двигатель самолёта и повредить конструкцию. По этой же причине не использовались и управляемые ракеты С-25Л.
К началу 1970-х гг. оснащённость разных родов войск зенитными средствами достигла такого уровня, что сам прорыв к объекту становился проблематичным, и специальное вооружение для противодействия системам ПВО стало необходимым условием для успеха атаки с воздуха. Использование активных и пассивных средств РЭБ (постановка ложных целей, ответных, маскирующих и мерцающих помех, сброс отражателей) полностью проблемы не решало, а попытки подавить средства ПВО обычными бомбами, НАР и пушечным огнём превращали ситуацию в дуэльную, причём преимуществом обладали ЗРК с большей дальностью стрельбы. Не решало вопроса и применение «обычных» управляемых ракет. Огневое поражение систем ПВО всё же виделось наиболее эффективным, а уязвимым местом в их комплексах оставались радиолокаторы обнаружения и наведения, излучением выдававшие месторасположение зенитных средств. Запеленговав и выявив источник излучения, его можно было использовать в качестве цели самонаводящимся ракетам, после чего «охотник» и «добыча» менялись ролями.
Недостатки Х-28 и необходимость вооружения фронтовых самолётов современным, эффективным и надёжным противорадиолокационным оружием ускорили работу над такой ракетой. Инициативу микояновцев поддержали в ОКБ «Звезда»: авиаторы нуждались в новой ракете, а ракетчики рассчитывали на поддержку мощной самолётной фирмы. Проектирование новой ракеты было задано решением ВПК от 15 августа 1972 г., главным конструктором по теме был назначен И. И. Картуков. Требованиями оговаривалась возможность поражения РЛС ЗРК типа «Хок» и «Найк-Геркулес» с тем, чтобы после подавления и дезорганизации средств ПВО обеспечивалась возможность нанесения удара Х-23, Х-25 и обычными средствами. Новую ракету Х-27ПС (пассивная самонаводящаяся, изделие 72) проектировали на базе Х-25, но в задании оговорили дальность захвата и пуска, с учётом зоны поражения ЗРК, не менее 40 км. Это потребовало установки на ракете нового двигателя, а также аккумуляторной батареи и воздушного баллона большей ёмкости.