T-58L 主起落架滑橇
T-58D-2 改装的 T-58L，注意平尾防颤棒前端翘起
1967 年年底，T-58L 上安装了新的加长了的前起落架支柱，新型起落架是由一个转弯装置和两个直径不大的轮子组成的。第二年，与空军科研所进行了联合试飞。T-58L 在设计局又进行了几年与飞机部署在泥地上有关的试验。1974 年年初，它被交给了鲁科夫斯基研究院，后来成了莫尼诺空军博物馆的展品。
莫尼诺空军博物馆的 T-58L
苏-15 项目试验
1966~1975 年，苏-15 及其系列飞机在设计局进行了很多次各种系统和设备的试验，仅 1966~1969 年期间这种试验就完成了 26 项。R-11F-300 型的发动机虽然安全性优于 AL-7F，但仍有不少缺陷。这种发动机在 米格-21上 使用时出现了如下一些现象：在高度较高时容易喘振造成自动停车，飞行中工作不稳定等。另外还暴露出了动力设备火灾危险性高及失火和灭火信号系统可靠性低等等。苏霍伊设计局与发动机设计人员、空军飞行研究所和科研所联合进行了一系列改进动力设备的综合作业。例如，1964~1965 年，T-58D-1 和 D-2 上搞了一个新的试验的进气口调气板控制系统，目的是消除发动机工作条件中规定的空气流量的限制。这项工作进行了很长时间，但没有成效。在序号 01-04 飞机上飞行研究所试验了新的改进发动机 R-11F3-300，为了在高度不高的情况下增加发动机推力，因此该发动机在改进的时候，尽量使其满足上述的所谓“条件限制”。R-13-300 发动机是 R-11 的发展。它是由乌菲姆联盟发动机设计局研制的，总设计师为加夫里洛夫。到 1968 年 12 月中旬，在苏霍伊设计局 苏-15 序号 07-11 上安装了两个 R-13-300 试验发动机。其工厂试验结束于 1969 年 3 月。此后飞机被转移到弗拉基米罗夫卡，7 月之前在那里进行了国家试验。试验结果清晰可见：装有新动力设备的 苏-15 其升限、助推时间、航程、截击距离和滑跑距离等性能都得到了大幅提升。
R-11F-300
R-13-300
双座型 苏-15UT 和 苏-15UB
根据航空工业部 1965 年 5 月 20 日的命令，要在新西伯利亚建造 3 架新型试验飞机，工厂代号为 U-58，拟于 1967 年第二季度送交国家综合试验。1965 年，设计局进行了双座教练/战斗机的设计工作。双座型是用于教学和训练的，所以准备安装全套设备，确保飞行技术性能。与单座机相比，双座机的结构变化包括：为飞行教练员安排第二座舱加长机身 450 毫米，缩小前部燃料箱，使用新的、操纵连在一起的和双套仪器的双座座舱，修改一系列系统。为了确保教练员在起降时的视野，在第二座舱上方座舱盖开启部分装配伸缩自如的潜望镜。为了加快工程进度，设计局建议把工程分成两个阶段：第一阶段建造一架不带雷达和其他一系列系统的教练机，第二阶段完成一架完全合乎要求的教练/战斗机。教练机得到的编号是 苏-15UT（工厂代号 U-58T），机上装有 苏-15 的全套导航和通信设备，外加机内通话装置和磁性录音机。1969 年在新西伯利亚开始生产 苏-15UT 教练机。双座型序号 01-01 于 10 月完成，12 月 10 日工厂试飞机组人员驾驶该机完成了第一次飞行。苏-15UT 的生产持续到 1972 年年底。部分双座型送到了斯塔夫罗波尔对空防御飞行员高等军事航空学校。而功能更加完善的教练/战斗机 苏-15UB 的情况糟得多。由于设备供应拖延，原型飞机 U-58B 于 1970 年 5 月才在新西伯利亚完成，而工厂试飞员于 6 月 24 日才完成该机的第一次飞行。
U-58T 原型机
U-58B 双座座舱特写
苏-15 现代化改装
苏-15 的性能不是所有方面都符合军方要求的。飞机现代化计划的任务就是要改善存在的问题。在当时的一些文件中，改进了的飞机名为“第二代 苏-15”。提出制造这种飞机的还是 1965 年 4 月 30 日的政府决议。1966 年中旬出台了动工文件，内容是为飞机装备“鹰”机载雷达、SAU-58（自动控制系统）、RSBN-5S“火星”（近距离无线电导航系统）、新的无线电台和滑雪起落架。
苏联国土防空军 苏-15TM 进行夜间训练
1968 年 3 月决定把“鹰”机载雷达换为“台风”雷达。现代化改装分为两个阶段：第一阶段，飞机连同系列导弹 R-98 于 1968 年 11 月提交国家综合试验；第二阶段，1969 年第三季度，飞机连同已改进了的 R-98M 提交国家综合试验。后来这两种飞机分别获得编号 苏-15T 和 苏-15TM。设计局又认真地修订了上述文件。1968 年 9 月初完成了 苏-15T 的设计草图，10 月进行了答辩。飞机上拟安装 R-13-300 发动机，以及完善电力和液压系统。第二阶段的 苏-15 上同时安装了新的 R-832M 无线电台、无线馈电系统等。1969 年 1 月 4 日清晨，改进了的飞机运到了试飞和后加工基地。
苏-15T 原型机
国家试验委员会主席是防空军司令斯梅塔宁上将。空军科研所试飞小组由拉扎列夫领导，成员是研究所飞行员拉夫连季耶夫、科尔科夫、彼得罗夫和米高扬，还有设计局的克列切托夫。国家试验分“A”和“B”两个阶段。这两个阶段应在 1970 年第一季度完成。
与 苏-15 不同，苏-15T 的国家试验进行了很长时间。国家试验的基本目的是评估装有新机载雷达的截击机的战斗性能。这似乎不该引起很大麻烦，因为机载雷达看起来已完全作了改进，而且装同一类型机载雷达的飞机已经进入实用阶段。但实际上情况恰恰相反：延长试验时间的原因正是由于“台风”机载雷达的可靠性太低。
1969 年年底之前，国家综合试验完成了 64 次飞行，其中只有 40 次合格。为了不中断飞机投入批量生产的计划，决定拿出所谓的“初步结论”，1970 年 2 月第一阶段计划就草草了结了。试验结果记录确认，87 次飞行中仅 63 次是按批准的计划完成的，其余 20 多次都是为了改进“台风”机载雷达和自动控制系统的非计划飞行。当主要系统都达到了可正常工作的状态，飞机才准备进行第二阶段试验。