随着 Su-15TM 的投产，军方希望在此基础上获得双座型 Su-15UM。1974 年年底，苏霍伊设计局开始设计这种取得了工厂代号为 U-58TM 的飞机。次年春，新西伯利亚收到了用于生产飞机的整套技术文件。根据航空工业部 1975 年 7 月 16 日的命令，设计局正式接受了这项任务。
Su-15UM 原型机
飞机的结构是在后几个系列 Su-15TM 的基础上设计完成的。为了消除飞机降落中水平尾翼效率不足的问题，决定在双座型 Su-15UM 上安装增加了面积的水平尾翼。如同 Su-15UT 的情况一样，新的双座型上没有装备截击机的全套设备，许多系统都没有，包括“台风”-M 机载雷达、SAU-58 自动控制系统、“碧空”-M 等。但军方要求这种飞机能完成某些战斗训练，即它应成为教练/战斗机。在没有机载雷达的情况下，使用红外制导导弹可以达到这一目的，所以 U-58TM 上装备了供 R-98T 和 R-60 导弹使用的武器系统。另外，规定在机身下悬挂两个 UPK-23-250 机炮吊舱。
飞机于 1976 年 4 月初完成，23 日工厂飞行员完成了第一次飞行。4 月 28 日“按正常程序”被转移到设计局飞行试验和后加工基地。5 月份试飞员进行了 13 次飞行，尔后被转移到弗拉基米罗夫卡。6 月 23 日到 11 月 25 日，飞行员们对飞机进行了很干练的国家综合试验，共飞行了 72 次。结果被推荐采用。1977 年国防部发布命令予以确认。正式编号为 Su-15UM。
1983 年 9 月 1 日击落 KAL007 航班的 Su-15TM，飞行员 G. N. Osipovitch
现在简要地提一提用作飞行试验平台的 Su-15。从 1969 年起，以 Su-15 为基础建立起来的飞行试验平台在飞行研究所进行试验。起初，飞机用来获取目标、偶极子反射器和下表面雷达信号反映的特性。后来这个飞行试验平台改为研究偶极子反射器的投放装置。据已公布的材料，该飞机 20 世纪 70 年代实际上试验了一切现有本国的投放装置和所有使用的伪装目标。Su-15 系列进行了一连串试验性工作，目的是为设计局研制的其他飞机试验各种系统和设备。
1972~1976 年，为了给 Su-24 进行改装，苏霍伊设计局与飞行研究所和星星设计局联合进行了空中加油系统试验。为此，苏霍伊设计师们把 Su-15 序号 11-37 和 0001 变成了“空中加油机”，装备了悬挂式加油设备。Su-15T 序号 02-06 装置了固定受油杆成了空中受油飞机。
Su-15 进行“伙伴”加油试验
1978 年，为了试验歼击机 T-10（后来的 Su-27）的导弹武器，Su-15T 序号 02-06 在飞行试验平台进行了改进。飞机获得的编号是 L-10-10。在得到专门改进的 Su-15 上进行了空气动力学、稳定性和操纵性方面的大量试验。外形尺寸 翼展 10.5米 机长 20.5米 机高 5.0米 机翼面积 40.0米2 重量及载荷 空重 12200千克 正常起飞重量 16000千克 最大起飞重量 19280千克 性能数据 最大速度(高度11000米，不带外挂)M2.5 (高度11000米，带外挂) M2.3 实用升限 20000米 最大爬升率12400米/分 作战半径(不带副油箱) 750千米 转场航程(带两个800升副油箱) 2420千米 爬升时间(从松开刹车至11000米)2.5分
1983年9月1日凌晨3点30分，东半球的人们还在酣睡之中。突然，在北太平洋上空，一架正在航行的南朝鲜波音747客机被一枚苏联导弹击中。一声巨响，飞机在9000米高空爆炸，残骸伴随着火光消失在茫茫夜空之中。
一个半小时以后，日本海上保安厅派出9艘巡逻艇和4架飞机开始进行搜寻和营救活动。随后，美国也派出了两架飞机到出事地点寻找客机残骸和幸存者。结果在苏联萨哈林岛(库页岛)以西60公里处的莫涅龙岛附近发现海面上漂着一层油，此外别无所获。一个星期以后，日本渔民在鄂霍次克海海面发现了一具漂流的小孩尸体。北海道警察署法医从尸体内取出了一块不大的金属片和4小粒玻璃碴子，经鉴定，确认这是波音747客机上的乘客。然而，这是迄今唯一找到的小乘客尸体，尸体的下半身和头部早就被炸飞了，连性别也无法辨认。据查，在遇难的240名乘客中，有27名是2至14岁的男女孩童。
这架客机，预定当天早晨5点53分抵达南朝鲜汉城金浦国际机场，也就是说，再往前飞行两个半小时便可到达目的地。热望早些同亲友见面的人们已摸黑赶到机场等候。当机毁人亡的噩耗传来时，人们呼天号地，捶胸顿足，金浦机场上一片嚎啕和饮泣之声。
据报道，所有乘客中，只有110人的最后目的地是汉城，其余130人都是过境旅客，他们原定在汉城稍作停留后即飞赴各自的目的地，他们在各地的亲友也早已在翘首盼望。然而，他们的亲友再也见不到他们了。
俄罗斯军事史学家亚历山大·科列斯尼科夫教授多年来一直从事这一事件的调查工作。最近他在《莫斯科共青团员报》发表了令人吃惊的研究结论：“现在可以断言：这是北约精心策划的一次间谍行动。不论是我们的人还是美国人，大家一开始就知道这是一架间谍飞机。这其实是一场战斗，死亡的不是官方宣布的那269名乘客，而是29名间谍。”
1983年8月31日深夜，一架波音-747客机越过苏联边界。这种事情以前经常发生，但总是平安无事。一般是苏方得到通报：“飞机迷航了。”然后，不速之客在苏联空军歼击机的陪同下迅速飞离苏联领空。
但是这一次，这架飞机无视苏联军方的警告，没有离开，而是在飞出苏联防空系统的射程后，飞临苏联核潜艇基地上空。该基地装有洲际核弹，是苏军的绝密重地。
军事专家们多年来一直不明白，为什么苏联军方不在波音客机飞到该基地之前就将其击落，或是使其迫降到附近机场。时任远东军区司令的伊万·特列季亚克大将(后任苏联防空军总司令)揭开了其中的秘密，他说： “我已这么大的年纪，没什么可害怕的了。我想，现在是说出真相的时候了。第一，早在波音飞机进入我国领空那一刻起，我们就获悉，机组成员在同北约情报部门通话。我们有很多次机会可以击落它，但没有那样做，因为如果飞机在堪察加半岛上空爆炸，可能会引爆潜艇或其他设施上的核弹，这将产生极其严重的后果。第二，如果我们迫使对方在我军用机场降落，美国人也可能引爆飞机，因为我们的战略航母就停泊在附近，上面也有核武器。”