1985年3月7日，共青城制造的第一架苏-27UB双座型（UB代表战斗教练机）首飞。
共青城在制造了5架苏-27UB之后就把双座型的生产线迁移到伊尔库茨克飞机制造厂。当时伊尔库茨克刚完成米格-27“鞭笞者”战斗轰炸机的生产任务，正处于青黄不接的阶段。伊尔库茨克制造的首架苏-27UB在1986年9月10日投产。与苏联空军当时其他战斗机的同型双座教练机相比（如米格-29UB），苏-27UB保留了单座型的全部火控系统和作战能力。苏-27UB在尺寸上与单座型一致，串列双座的后座舱占据了单座型机背油箱的部分位置。为了补偿抬高的后座，苏-27UB还增高了垂尾。这些改变略微降低了双座型的性能。
双座的T-10U原型机
不一样的苏霍伊
西蒙诺夫在设计T-10S时做出了两个大胆的决定。第一是采用具有连续平滑的翼身过渡的翼身融合气动布局（苏联人叫做整体气动布局）。这种布局具有两大明显优点：高升阻比和能容纳大量燃油和设备。
第二是采用纵向静不稳定设计来提高敏捷性，但由于苏-27机头电子设备（主要是雷达）比预期要重，所以这个目标没有完全实现，最后苏-27的纵向稳定性接近中立稳定。由于传统机械式飞控系统无法操纵静不稳定飞机，所以苏-27采用了全新研制的线传飞控系统，不过仅用在受益最大的纵向操纵通道中。不管怎样，苏-27是苏联制造的第一种采用线传飞控的生产型飞机。
上述亮点并不是苏-27上唯一的创新，该机的发动机、火控系统和武器也都是全新研制的。
1975年，留里卡设计局（现在的土星科研生产联合体）开始研制AL-31F涡扇发动机。发动机的设计指标是加力推力122.58千牛（12.5吨），推重比8，巡航耗油率61克/牛顿/小时。
AL-31F涡扇发动机
最后AL-31F生产型虽然达到推力和重量指标，但巡航耗油率超出10%以上，达68克/牛顿/小时，最大军推耗油率79克/牛顿/小时，加力耗油率200克/牛顿/小时。由于发展新发动机总是要比研制新机需要更多时间，所以第一架T-10原型机安装的是AL-21F3发动机，也就是苏-17和苏-24的发动机。最后，AL-31F发动机装在T-10S上在1985年开始国家试飞。
坐落在茹科夫斯基的提赫米洛夫仪器制造研究院（TikhomirovNIIP）派出经验丰富的科学家维克托·格里欣来主持苏-27雷达的研制，此前NIIP已经为米格-31研制并生产了苏联第一台战斗机相控阵雷达——“盾牌”（Zaslon），所以苏-27的新雷达在设计上也很有特色，在垂直面采用电子扫描，在水平面采用机械扫描。但是这种混合扫描的新雷达最后研制失败了，因为对于战斗机来说实在太重了。苏联空军在1982年放弃了相控阵天线要求，命令莫斯科的稳相加速器科学生产联合体（Phazotron-NIIR）以米格-29的N019雷达基础上为苏-27研制N001雷达。N001雷达基本上是N019的放大型，具有直径和发射功率都更大的卡塞格伦天线，这两种雷达的许多组件都能通用。
最终N001雷达性能仍然大幅落后F-15的APG-63，但重量达到550公斤，如果计入后端的散热和电源部分等全套系统，全重接近980公斤
苏-27的设计也是围绕着蠢重的雷达系统展开：整个前机身从雷达整流罩起到第18号隔框，除了飞行员、弹射座椅和前起落架，座舱前方、下方、后方的三个设备舱里都被电子设备塞满
苏-27采用具有两台Ts100计算机的S-27（产品Sh101）火控系统，由RLPK-27N001“剑”雷达系统、OEPS-27光电瞄准系统、SEI-31-10“水仙-M”数据显示系统、“密码”敌我识别系统、SUO-27武器管理系统组成。
其中N001是一种具有下视下射能力的相干脉冲多普勒雷达，对战斗机大小的3平方米雷达截面积目标迎头搜索距离是85-100公里，尾追搜索距离是30-40公里。雷达可边跟踪边扫描多达10个目标并同时攻击其中两个。
OEPS-27（产品31Ye）光电瞄准系统
OEPS-27（产品31Ye）光电瞄准系统由OLS-27（产品36Sh）红外搜索和跟踪（IRST）系统（内置激光测距仪，对空中目标的尾追跟踪距离是50公里，迎头15公里）和“裂缝-3U”（Shchel-3U）头盔瞄准具组成。SEI-31-10“水仙花”数据显示系统（拥有自己的“轨道-20”计算机）则包括了ILS-31平显和IPV战术显示器。
OLS-27的传感器平台位于风挡前端
苏-27的座舱仪表与米格-29相似，这两种苏联战斗机的姿态陀螺、水平仪、空速表和高度表都一样
苏-27在火控系统上最大的创新就是把雷达、IRST和头盔瞄准具集成在一起，这在战术上具有很大优点。例如，如果IRST跟踪的目标飞进云中，雷达就能接手跟踪。
“裂缝-3U”头盔瞄准具也在苏-27的近距格斗中发挥重要作用。该瞄准具由乌克兰基辅的兵工厂中央设计局设计制造，是苏联的第一种头盔瞄准具。飞行员使用瞄准具上的十字准星进行瞄准，系统通过自动跟踪飞行员的头部运动把瞄准信息显示在头盔瞄准镜和座舱显示器上。R-73导弹的引导头能随动于飞行员的头部运动，所以无论飞机位置如何都能进行大离轴角发射，无需再费力操纵机鼻对准目标，这在当时是近距狗斗的革命性概念。
飞行员使用瞄准具上的十字准星进行瞄准，系统通过自动跟踪飞行员的头部运动把瞄准信息显示在头盔瞄准镜和座舱显示器上 苏-27配备了一套PNK-10-02飞行导航系统，由SAU-10-01自动驾驶仪、具有两个RV-21高度计的911-01导航子系统、ARK-22无线电测向仪、MRP-76信标接收机、“克维托克-1”远距无线电导航系统、塔康、SO-72转发器组成。
该机还有两套数据链，分别是TKS-2-27保密数据链，能使多达16架苏-27联机作战，此外还有“光谱-1”数据链，用于从陆基雷达接收目标信息。
破纪录飞行
在1986年10月和11月15日，维克托·普加乔夫驾驶T-10S-3原型机——P-42创下了一系列计时爬升绝对世界纪录，分别是耗时25.373秒内爬升到3000米（比之前F-15创造的纪录快了2.2秒）；耗时37.05秒内爬升到6000米；耗时47.028秒爬升到9000米；耗时58.102秒爬升到12000米。随后尼古拉·萨多夫尼科夫在1987年3-6月间又创下了其他一系列纪录，如耗时44.176秒爬升到9000米，比普加乔夫快了2.8秒。萨多夫尼科夫还创造了在90秒时间内爬升到19335-19429米的高度纪录。最终P-42创造了41项世界纪录。为了竟可能降低重量，提高推重比，P-42拆除了许多设备，如武器系统和减速伞，甚至除掉了机身表面的油漆，锁住机翼前缘襟翼，发动机推力提高到128.4千牛（13092千克），并且在破纪录飞行中只装了最少量的燃油，
创造纪录的P-42机
爬升中的P-42
苏霍伊还改装出另一架T-10-20R破纪录飞机，拆除机鼻雷达为油箱腾出空间，并在发动机舱之间的加长尾椎中增加一个额外油箱，改用弧型翼尖以降低阻力。T-10-20R计划用于打破500公里封闭航线的世界速度记录，但此时苏联政府对破纪录的兴趣已经降低，最终T10-20R被取消。
T-10-20R破纪录飞机
T-10-20R尖尖的机鼻
普加乔夫“眼镜蛇”
1989年5月，苏-27进行了国际首秀，苏-27 388号单座型和苏-27UB 389双座型参加巴黎航展。
1989年的巴黎航展中，普加乔夫做出了匪夷所思的“眼镜蛇”机动，机头指向在最极端的时候达到120度
事实上，“眼镜蛇”机动中，高度还是略有增加，不过微不足道就是了
普加乔夫驾驶单座型在范保罗航展上表演“眼镜蛇”时，飞到了130度的最大迎角
苏霍伊设计局试飞员维克托·普加乔夫在航展上首次公开表演了惊人的“眼镜蛇”机动，从技术角度来看，“眼镜蛇”属于一种动态减速机动。1987年9月29日，试飞员伊戈尔·沃尔克在一次试飞中首次驾驶苏-27实现了“眼镜蛇”机动，在这个机动中，苏-27先是高速平飞，然后机鼻上扬，攻角迅速提高到120度以机尾在前的姿态前飞几秒，然后在不掉高度的情况下降低机鼻恢复水平飞行。由于苏-27的直立姿态很像一条发怒的眼镜蛇，所以这个机动被命名为“眼镜蛇”机动。
做“眼镜蛇”时，飞行员必须在500-1000米高度以205-228节（380-420公里/小时）的速度飞行，然后向后快速拉杆，在达到120度最大攻角后，飞行员必须快速推杆到中立位置并增加推力，同时要防止飞机进入负攻角飞行状态。在飞“眼镜蛇”机动前，飞行员必须关闭飞控的攻角限制器。
维克托·普加乔夫，俄罗斯功勋试飞员