苏-27KN/UBM的升级内容改进较简单，主要集中在升级雷达和增加新型空地武器发射能力上，概念与几年前俄罗斯航空电子实施的米格-29SM升级类似。
N001雷达增加了一台计算机来实现地面测绘和和跟踪移动目标功能，并没有对现有软硬件进行大幅改动。增加的新型空对地武器包括电视制导的Kh-29T导弹和Kh-59M远程导弹、Kh-31A反舰导弹、Kh-31P反辐射导弹和KAB-500Kr激光制导炸弹。
在座舱里，除了用MFI-55彩色液晶显示器取代原来的IPV阴极射线管显示器外，其他并没有变化。
苏-30KN原型机于2001年11月9日成功完成国家试飞后，伊尔库特公司准备好了大展拳脚为俄罗斯空军全面升级苏-27机队了，但此时恰逢2002年的俄罗斯空军高层变动，新领导层认为苏-27KN/苏-27UBM升级方案不够先进，于是予以否决。
墙里开花墙外香，其他独联体国家看中并购买了苏-27UBM升级升级包。白俄罗斯巴拉诺维奇第558飞机修理厂在2001-2005年期间为白俄罗斯空军升级了4架苏-27UBM1，在2008-2010年期间又为哈萨克斯坦空军升级了4架苏-27UBM2。其中哈萨克斯坦的苏-27UBM2还集成了以色列的“利特宁”吊舱用于引导激光制导武器，并装备了自卫用的白俄罗斯“萨特利特”电子对抗吊舱。
白俄罗斯空军的苏-27UBM1
苏-27UBM1 60号与Kh-29T（左）和Kh-29L导弹
全副武装的哈萨克斯坦苏-27UBM2，可以看到机腹挂载的“利特宁”吊舱，以及升级了机翼内侧挂架
集成在翼下挂架上的“萨特利特”电子对抗吊舱 回到俄罗斯，俄罗斯空军最后选择了正统的由苏霍伊设计局提出的苏-27SM系列升级方案。苏-27SM沿用了为苏-30MK2多用途双座战斗机研制的新系统，而苏-30MK2的研发资金大部分由我国提供。
苏-27SM采用了基于苏-30MK2 SUV-VEP的SUV-P-R火控系统，包括与OEPS-27MK光电瞄准系统耦合的RLPK-27P“剑-M”雷达系统、SILS-27M数据显示系统和敌我识别询问器。雷达的BTsVM-900计算机增加了一个独立计算通道，可实现合成孔径地形测绘和探测水面目标功能，并能把目标信息提供给Kh-31A反舰导弹。火控系统还支持发射RVV-AE主动雷达制导空空导弹。火控系统还增加了一个独立的SUV-P1数据通道专门供激光制导和电视制导弹药使用。
苏-27SM3的座舱模拟器，具有现代化的玻璃座舱，苏-27SM/SKM的座舱与之类似
苏-27SKM的座舱
与苏-27原有的模拟式仪表座舱相比有了巨大进步
OEPS-27MK瞄准系统由性能更好的OLS-27MIRST传感器和“苏拉”头盔瞄准具组成。SILS-27M数据显示系统包括一个ILS-31平视显示器、两个MFI-10-6M 152 x203毫米多功能显示器和一个MFPI-6数据输入面板。苏-27SM还使用新型L-150-27.2“粉彩”雷达告警接收机取代了苏-27上的“白桦”系统，能为Kh-31P反辐射导弹指示目标，此外还安装了新型S-107通信套件和A737GPS接收机。
苏-27SM能发射多种精确制导空地武器，包括多达4枚的Kh-31A反舰或Kh-31P反辐射导弹、多达4枚的Kh-29L/T/TD激光制导和电视制导导弹、两枚S-25LD激光制导火箭、4枚KAB-500Kr激光制导炸弹、一枚KAB-1500Kr激光制导炸弹。新型空空武器则由RVV-AE中距弹。
苏-27SM 305号原型机，其出口型被苏霍伊称为苏-27SKM
苏-27SM原型机305号于2002年12月27日在共青城进行了首飞，试飞员是叶夫根尼·弗罗洛夫。第2架原型机在2003年首飞。2003年12月，首批5架升级完毕的苏-27SM交付利佩茨克试飞与评估中心试飞。2004年年12月23日，泽姆齐空军基地第23歼击机团成为第一个换装苏-27SM的战斗部队。到2009年，泽姆齐和中央角空军基地的歼击机团都已装备24架苏-27SM，其中中央角的苏-27SM还升级了42系列AL-31F发动机，单台推力提高到80.9千牛（8250千克，军推）和132.4千牛（13500千克，最大加力）。在泽姆齐和中央角空军基地歼击机团换装苏-35后，其苏-27SM被移交给贝尔贝克（位于克里米亚）和贝索沃特空军基地。印尼在2010年获得了3架苏-27SM的出口型——苏-27SKM，成为该机的唯一用户。
苏-27SM的机头光电瞄准系统右移，但由于涉及结构改动，没有安装空中加油探管
编队飞行的苏-27SM（下）和苏-27SM(3)（上），两种的区别可以从SM(3)机背多一根天线分辨出
印尼在2010年获得了3架苏-27SM的出口型——苏-27SKM，成为该机的唯一用户 共青城在2009年8月重新开始为俄罗斯空军生产苏-27，使用未向中国交付的散件组装出12架苏-27SM3，其中首批在2011年2月交付克里姆斯克空军基地，还有部分交付利佩茨克。目前俄罗斯空军的现役苏-27正被升级到SM3标准，首批两架升级完毕的飞机已于2014年5月交付克里姆斯克，接下来接收该机将是贝索沃特空军基地。
苏-27SM3与苏-27SM相比换装了SUV-P-RM火控系统、L-265M10“希比内-M”电子对抗套件，并能发射新型R-77-1中距弹。
苏-27“侧卫”进化论（三）——三翼面迷思
苏-30的诞生
目前“侧卫”家族中最畅销的成员是双座的多用途苏-30MK，这不足为奇。苏-30MK从一开始就面向出口市场，俄罗斯空军在多年后才开始订购。
苏-30SM将成为俄罗斯空军的主力多用途战斗机，并一直持续生产到本世纪20年代
由于伊尔库茨克制造的苏-27UB“侧卫-C”双座型保留了苏-27单座型的所有火控系统，所以苏霍伊设计局决定以该机为基础研制一种远程截击机，并能指挥其他飞机作战。一架苏-27UB被改装成原型机，后座座舱增加了一个供武器系统官使用的战术态势显示器，机鼻增加了一个空中加油探头以通过空中加油进一步提高巡航力。这架飞机一开始被命名为苏-27PU，后改为苏-30。
苏-27PU原型机
1987年，试飞员尼古拉·萨多夫尼科夫、伊戈尔·维琴塞夫和维克托·普加乔夫驾驶这架苏-30原型机完成了几次远程飞行，距离最远的一次发生在1987年6月23日，苏-30从莫斯科飞到了共青城然后再返回，总飞行时间15小时31分钟，飞了13404公里，共进行4次空中加油。伊尔库茨克在几架原型机后于1994-1996年间制造了至少6架苏-30，其中5架（50-54号）交付萨瓦斯列伊卡基地的测试评估中队。
伊尔库茨克在1986-1994年间参加了印度斯坦飞机公司纳西克工厂按许可证生产米格-27ML战斗轰炸机的项目，当时的总经理阿列克谢·费多罗夫与印度同行建立起了良好的关系，所以当印度空军在20世纪90年代初开始考虑购买一种双座多用途战斗机时，伊尔库茨克生产的苏-30自然就成为俄印双方谈判的核心。
俄罗斯人在1993年6月于布尔歇机场举行的巴黎航展上展示了一架挂载了Kh-29、Kh-31和Kh-59M空地导弹和KAB-500制导炸弹模型的苏-30MK，开始宣传这种以苏-30为基础的出口型多用途战斗机。
1993年出现在巴黎航展的苏-30MK，实际上就是一架苏-27UB
1995年7月，印度议会批准购买第一批苏-30MK。16个月后的1996年11月30日，印度人在伊尔库茨克签署了研制和交付40架苏-30MKI（第一批）的合同，编号中的“I”代表印度。这份合同对俄罗斯人来说是个好消息，但他们同时也面临着巨大的集成挑战，印度苏-30MKI采用全新的火控系统和来自国际供应商的航电设备，以及推力矢量发动机，当时该机甚至不存在原型机。
合同规定印度头8架飞机将是苏-30K过渡型，实际上就是安装了空中加油装置的苏-27UB，不具备对地能力，将在后来升级到MKI标准，这8架苏-30K在1997年4-5月间交付。剩余32架苏-30MKI计划在1998-2000期间交付，但由于研制拖延，印度不得不在1998年12月18日又增购10架苏-30K。
印度空军的苏-30K
18架苏-30K的战术编号是SB001-018，装备洛赫格翁机场的第24“猎鹰”中队，取代米格-21比斯。
最后这18架苏-30K也没有升级成苏-30MKI，印度与俄罗斯在2007年4月签订了一份合同，以一对一的方式把所有18架苏-30K换成新的苏-30MKI。2011年7月，这批苏-30K抵达白俄罗斯巴拉诺维奇第558飞机修理厂等待新客户，安哥拉在2013年10月购买了其中的12架。2017年1月，安哥拉购买的第一架苏-30K在巴拉诺维奇进行了大修后的首次飞行。
558修理厂里正在翻新的苏-30K
2017年1月，安哥拉购买的第一架苏-30K在巴拉诺维奇进行了大修后的首次飞行
三翼面
要想完整讲述苏-30MKI的故事就必须先回到苏联时代。1983年12月29日，苏联政府批准研制苏-27M（T-10M，M代表现代化），正是该机奠定了苏-30MKI的所有关键技术。
提赫米洛夫仪器制造研究院的设计团队在塔梅尔兰·贝克尔巴耶夫领导下为苏-27M研制了开缝天线的N011雷达，之后研究院又在苏-27M712号上测试了具有相控阵天线的N011M雷达。
T10M-11 711机头安装的N011雷达
N001M无源相控阵雷达