За головкой самонаведения во втором отсеке последовательно расположены радиовзрыватель и автопилот, в третьем отсеке – энергоприводной блок, включающий турбогенератор с силовым приводом гидронасоса и электрогидравлические рулевые машины. Четвертый отсек – стержневая или осколочно-фугасная боевая часть с радиусом поражения 11 м. Все варианты ракет унифицированы в зоне от второго до четвертого отсека. Пятый отсек представляет собой твердотопливный двигатель с титановым корпусом. На К-27 применен однорежимный двигатель диаметром 0,23 м и длиной 1,5 м, на К-27Э – двухрежимный, длиной 2,2 м при диаметре 0,26 м.
Применение в составе более тяжелых ракет мощной двигательной установки с большим запасом твердого топлива позволило не только увеличить максимальную дальность пусков, но также и поднять среднюю скорость этого варианта Р-27. При применении на малых и средних дальностях последнее дает существенные тактические преимущества в "дуэльной" ситуации. При одновременном пуске ракет истребителями на встречных курсах более быстрая ракета скорее поразит цель. В результате пораженный самолет прекратит подсветку цели, что приведет к срыву наведения его ракеты, так что его противник останется невредимым.
Стыковка отсеков осуществляется с применением запирающих элементов эксцентрикового типа. Ракета поступает в войска в собранном, за исключением крыльев и рулей, состоянии.
Пуск ракет всех типов производится с АПУ-470 рельсового типа, а "радийных" изделий – также и с катапультных установок АКУ-470. Пусковые устройства АПУ-470 оснащаются встроенной системой охлаждения.
Облик ракеты сформировался не сразу. Наряду с одобренным ЦАГИ и реализованным в дальнейшем вариантом, выполненным по схеме, средней между "поворотное крыло" и "утка", ОКБ "Вымпел" была проработана компоновка ракеты нормальной аэродинамической схемы, одобренная НИИ-2 Минавиапрома (в дальнейшем- НИИ АС).
Летная отработка ракет началась позже первых полетов прототипов самолетов МиГ-29 и Су-27, состоявшихся в 1977 г.
Первоначальная отработка РЛС "Рубин" и головок самонаведения ракет проводилась на созданной на базе Ту-124 летающей лаборатории ЛЛ-124. Первые пуски трех К-27 провели с доработанного МиГ-23МЛ в 1979 г., а в следующем году с него уже осуществлялись пуски по парашютным мишеням и Ла-17. Госиспытания начались с мая 1980 г сперва на третьем опытном, еще не оснащенном РЛС МиГ-29 № 902. Поэтому первыми испытывались ракеты с тепловой ГСН. В дальнейшем испытания проводились и на МиГ-29 № 918 – первом, укомплектованном РЛС. С него впервые сбили воздушную мишень.
Оба варианта ракеты К-27 приняли на вооружение в 1984 г. как Р-27Р и Р-27Т.
Как известно, уже после начала испытаний Т-10 – прототипа Су-27 – его создатели приняли решение о внесении радикальных изменений в конструкцию истребителя. Фактически разработка самолета началась заново. В частности, решительно пересмотрели и основные решения по бортовой РЛС.
Поэтому отработка новых вариантов К-27 велась на МиГ-29 (№ 920) и проводилась с июня по сентябрь 1984 г.
Отработка ракеты К-27Э несколько затянулась и сопровождалась введением доработок в ГСН, инерциальную систему, аппаратуру радиокомандной линии. Только в 1987 г. ракету приняли на вооружение в вариантах Р-27ЭР и Р-27ЭТ.
В целом разработанное ракетное вооружение за счет реализации инерциального участка наведения обладало существенным преимуществом по максимальной дальности пуска над "Сперроу" AIM-7F. Модульный принцип построения семейства ракет позволил не только разработать не предусматривавшийся американцами "тепловой" вариант Р-27, но и создать модификации ракет с повышенными энергетическими возможностями, по досягаемости приближающиеся к современными ракетам большой дальности и обладающие высокой эффективностью в бою на средних и малых дистанциях за счет высокой средней скорости полета.
Создателей ракет отметили Государственной премией 1991 г.
Экспортные варианты ракет Р-27Р-1, Р-27Т-1 выпускались в обеспечение поставок за рубеж МиГ-29 в варианте МиГ-29А с 1988 г. и МиГ-29Б с 1986 г, а Р-27ЭР-1 и Р-27ЭТ-1 – продаж иностранным заказчикам Су-27К в девяностые годы.
Предусматривается возможность применения ракет семейства Р-27 также и на более ранних истребителях второго и третьего поколений после их комплексной модернизации, в частности по программе МиГ-21-93.
Помимо четырех основных вариантов ракет на базе Р-27ЭР была также разработана ракета с пассивной радиолокационной ГСН для поражения самолетов типа АВАКС – Р-27П.
