Истребитель-бомбардировщик предполагалось оснастить также новой силовой установкой. Этот вопрос имел первостепенную важность: расчётная масса с 1000 кг бомб уже на две тонны превышала нормальную взлётную массу истребителя. Самолёт явно нуждался в двигателе большей тяги. У двигателя Р-27Ф2М-300 за счёт перепрофилирования первых ступеней компрессора, изменения регулировки топливной аппаратуры и конструкции сопла были повышены степень сжатия в компрессоре и температура газов за турбиной, что обеспечило форсажную тягу 10 200 кг. Однако «десятитонник» уже не удовлетворял самолётчиков, к тому же двигатель был весьма «прожорлив», отличаясь изрядным удельным расходом топлива, что отрицательно сказывалось на дальности полёта. Новая модификация Р-29-300 с конструктивными улучшениями, включавшими изменение профилей лопаток компрессора, турбины и увеличение диаметра проходного сечения, на которой двигателисты ТМКБ «Союз» обещали дать тягу в 12 500 кг, ещё проходила доводку (опытный МиГ-23М с этим двигателем поднялся в воздух только в июне 1972 г.).
В то же время прошёл испытания и был поставлен на производство двигатель АЛ-21Ф, сконструированный в конструкторском бюро Московского машиностроительного завода «Сатурн» под руководством А. М. Люльки. Двигатель создавался с 1965 г. как ТРДФ третьего поколения и представлял собой достаточно оригинальную конструкцию — одноконтурный одновальный ТРД, оптимизированный для скоростного полёта на малых высотах. В серийной модификации АЛ-21Ф-3 (изделие 89) форсажная тяга была доведена до 11 215 кг (7800 кг на максимальных оборотах) при неплохой экономичности.
Удачный двигатель можно было бы применить на «изделии 24», однако постановлением правительства и соответствующим приказом МАП его установка предписывалась в первую очередь на Су-17М и Су-24.
Но и МиГ-23Б тоже требовался подходящий двигатель. АЛ-21Ф-3 обладал всеми требуемыми характеристиками и уже находился в производстве. В общем, то, что нужно. Решение использовать его на микояновской машине поддерживало руководство МАП и ВВС. Начальник Управления заказов ВВС генерал-лейтенант В. Р. Ефремов, грамотный инженер и образованный человек, при встречах с представителями ОКБ Микояна также отстаивал выбор двигателя, «скроенного по мерке» для истребителя-бомбардировщика.
Были и аргументы против двигателя Люльки. Поначалу на испытаниях и в эксплуатации АЛ-21Ф не отличался надёжностью, случались поломки и высокотемпературные «титановые пожары», мгновенно разгоравшиеся и уничтожавшие всю конструкцию. Кропотливой доводкой «детские болезни» удалось устранить, снизив число отказов и обеспечив двигателю достаточный ресурс. Другой особенностью сложного в производстве АЛ-21Ф была его чрезвычайная дороговизна: как всё новое, он требовал специальных материалов и технологий, обходясь почти вчетверо дороже Р-27Ф2-300. Однако последнее тогда никого не пугало, вопрос о стоимости не был решающим и даже позволял предприятию рассчитывать на выделение дополнительных средств.