从T10到T10S

　　采用新的布局的战斗机编号是T10S，全面的设计工作于1979年展开。最初是由苏霍伊设计局与和西伯利亚航空研究院（SibNIA）（在SibNIA的工作由技术科学副博士斯坦尼斯拉夫·卡沙弗特季诺夫领导）设计一个战斗机方案，尝试去解决第一版T10的各种缺陷，达到设计指标的要求，从而确定对原始布局的修改方案。随着他们工作的不断深入，T10S与T10之间的差别日益明显。最终设计师们设计出的是一款全新的飞机。米哈伊尔·西蒙诺夫开玩笑说：T10S和T10只有主起落架与弹射座椅是一样的。但是苏霍伊本人为苏-27确定的包括整体气动布局、重心相对靠后的静不稳定设计、电传操纵系统、采用机腹进气道以及独立发动机吊舱等设计得到了保留。

在风洞中进行测试的T10-21（T10S）缩比模型

T10S在平面图上的改变

　　T10S的全新机翼拥有直线前缘、气动扭转以及从新设计的前边条。原来的卵形翼尖回归传统的固定前缘后掠角的梯形翼尖并安装了空空导弹挂架，这样的设计不用再使用T10上的翼尖的防震颤配重，也使载弹量从8枚导弹提升到了10枚。机翼面积从59.4m2提升到了62m2，机翼的增升装置也发生很大的变化，副翼与襟翼被一个统一的控制面襟副翼取代，机翼前缘安装了前缘襟翼（T10的机翼前缘没有安装增升装置），襟副翼与前缘襟翼的自适应调整模式确保战机实现了最初概念设计中的飞行性能包线。机体的升力特性通过使用新的机翼与边条获得了提升，同时同时能在正迎角下保持负的俯仰力矩，可用迎角范围也获得提升，保证了良好的稳定性，避免了抖动。

T10的进化

　　为了减小阻力，机体的前部被重新设计：座舱附近机体的横截面积减小，座舱盖最大横截面积减少同时也向后移动了一些，增加机体前部第一个油箱附近的横截面积了。尾椎和机体之间引入了占据尾椎的全部长度过渡段，同时减少了尾椎的横截面积，尾椎形梁的布局进行了更改，末端变为圆柱形，并成为后油箱的一部分。这样，内部油箱的载油量提升到了9.4t。机身下的发动机吊舱也经过修型，在减轻了重量的同时也适配了上置附件机匣的AL-31F发动机（T10-3与T10-4安装的是下置附件机匣的的AL-31F发动机）。在进气道总体气动布局保持不变的情况下，在进气道的下表面加装了辅助进气门，在进气道内增加了防止外来物破坏（FOD）系统，这个系统可以在滑行、起飞滑跑阶段放下防护格栅，阻止外来物通过进气道进入发动机。

携带10枚导弹的T10-17

　　为了通过提升控制面的效率来提升航向与横向的稳定性，T10S的尾翼进行了重新设计。垂直尾翼以更大的间距安装在发动机吊舱外侧的承力梁上，这是利用机翼与边条形成的涡系的最佳位置。通过这些措施，T10S在大迎角和大侧滑角时的航向稳定性与操纵性得到了改善。T10S还安装了腹鳍来增加航向稳定性与抗尾旋性能。将尾部控制面安装在尾部承力梁上扩大了水平安定面与垂直安定面的面积，同时也使控制面的动作执行机构能够安装的更加靠后。水平尾翼的形状也有了改变，由于执行机构位置的改变，水平尾翼的转动轴位置也发生改变，改善了水平尾翼的振颤性能，设计人员不再需要安装防振颤配重。T10上以主起落架舱舱门作为主减速板，但是会导致水平尾翼振动，在T10S上被座舱后的大型减速板替代。

　　起落架也进行了从新设计：主起落架主支柱可以旋转，这样就可以让主起落架机轮旋转后收入中央翼部分，不再需要折叠结构。这一举措也减小了主起落架舱附近的升力体机身的横截面积。前起落架进行了加强并且后移，这样能获得更好的滑行性能，避免前起落架卷起外来物在滑行、起飞滑跑阶段毁坏发动机。战机布局的改变，使飞机的最大横截面积减少了15%，跨音速、超音速速度区间飞行时空气阻力降低18-20%。由于机体的升力特性提高，再加上航向与横向稳定性与三个操纵通道内操纵性的提升，使战机获得了优异的机动性，尤其是在大迎角情况下的机动性能，同时航程也达到了设计指标。

试飞

　　1980年，当新布局的原型机的组装工作在库隆机械厂展开时，阿穆尔-共青城的制造厂已经快要完成预生产批次飞机的生产。这批飞机的设计已经确定，动力还是AL-21F-3AI发动机，可以算是T10-1与T10-2原型机的复制品，唯一的不同就是它们的安装了T10-3原型机的倾斜垂尾。这批飞机和未来的苏-27（也就是T10S）相似的地方非常少，决定不取消这批预生产型是为了利用这批飞机在生产第一架T10S的同时调试火控系统，尽可能多的测试机载设备，同时完成试飞计划的初始阶段。从而最大程度的弥补为了生产新布局战机而改造生产线所耽误的时间。编号为T10-5的第一架预生产型飞机在1980年7月下线，接下来在这一年中T10-6和T10-9（编号7和8指定给了第一批T10S）也制造完成。1981年，共青城厂又生产了另外两架飞机-T10-10和T10-11，这5架原型机统称为苏-27-T10-5型，以把他们和未来将要制造的飞机区别开来。到1982年，共生产了9架初始布局的飞机，包括一架静力试验机。

　　苏霍伊在1981年早些时候完成了T10S编号为T10-7（或者T10S-1）的首架原型机的组装，1981年4月这架飞机由试飞员弗拉基米尔·伊留申操纵实现了首飞。同样是在1981年，T10S的静力机（T10-8，也称作T10S-0）与第二架新布局的原型机也投入生产。从1981年开始，苏-27项目改由阿列克谢·克内舍夫领导，他自那以后一直是这型飞机的总设计师。T10-7与T10-12两架飞机被用来确定新布局飞机的主要飞行性能，包括稳定性与操纵性，同时也要测试上置附件机匣的新发动机。然而这两架飞机都没有飞行太久。1981年9月3日。T10-7因为燃油系统故障而损失。飞行员弗拉基米尔·伊留申不得不跳伞离机，油箱几乎空掉的T10-7坠毁在地面炸成一团火球。1981年12月23日，T10-12从最大速度减速时进行进入了不可控制的侧滑而坠毁。飞机前部遭到破坏导致这架飞机撞向地面，试飞员亚历山大·科马罗夫在事故中牺牲。