Вы написали, что «Патрубок под термостатом горячий, соответственно он работает...».
Но патрубок на термостате может просто нагреваться от двигателя.
Когда мотор начинает перегреваться, вот в этот момент пощупайте нагрет ли радиатор двигателя, вместе с этим патрубком от термостата.
Если радиатор будет холодный в момент перегрева двигателя, значит термоста неисправен, он может то открываться, то не открываться.
Другая причина, может быть пробита прокладка ГБЦ (может она и не совсем пробита).
Очень напоминает ситуацию с которой пару лет назад сталкивался. Так же было, то перегреется, то не перегреется двигатель. А выброс антифриза был редко (видимо надо было определённое число оборотов и температуры). При вскрытии головки увидели: Там собственно и не пробита была прокладка, а какая-то она разрыхлённая была, как бы раскисшая что ли (паронит странного качества оказался), потому и эффект неисправности получался не каждый день (на холодную прокладка удерживала всё прекрасно).
Сейчас прогрел машину на стоянке,температура выровнялась. Сработал термостат и потом включился вентилятор. А бывает по городу еду и начинаю кипеть. Пока на всякий случай заказал датчик температуры ож.