Су-15 создавался как -ракетный- перехватчик. но военных практически всегда интересовало оснащение его пушечным вооружением. Вначале в качество бортовой артиллерии предусматривалось использовать одну подвесную гондолу ГП-9. включавшую двуствольную пушку ГШ-23 Тульского КБП (главные конструкторы – В. П. Грязев и А. Г. Шипунов). После цикла испытаний было признано, что ГП-9 может применяться на перехватчике В 1970 г. в Новосибирске выпустили 10 машин 12-й серии, оборудованных для подвески ГТ1-9. но поставка гондол о части, вооруженные Су-15. так и не состоялась. К тому времени военные окончательно определились в своих пристрастиях. В качестве штатного артиллерийского вооружение Су-15 теперь рассматривался универсальный пушечный контейнер УПК-23-250. Он оснащался той же пушкой ГШ-23. но 8 отличие от ГП-9 был легкосьемным и включал больший боезапас (250 патронов вместо 200). Под фюзеляжем перехватчика вместо ПТБ можно было подвесить два таких контейнера. Для испытаний был выделен самолет №11-42, который в марте-сентябре 1971 г. прошел ГСИ. Хотя из-за использования для прицеливания штатного визира К-10Т точность стрельбы оказалась далеко не блестящей. УПК-23-250 был рекомендован в качестве вооружения Су-15 для борьбы как с воздушными, так и наземными целями. Серийное производство исходного Су-15 тогда уже завершилось. и дооборудование этих перехватчиков производилось в строю.
В 1968-69 гг Су-15 пытались оснастить встроенной пушкой. Для этого в корме правого полукрыло собирались создать специальный отсек. В качестве оружия рассматривалось экспериментальное «изделие 225П» разработки КБ точного машиностроения. Это было достаточно компактная скорострельная пушка калибром 23 мм барабанного типа, но разместить в корневой части крыла ее боекомплект оказалось очень сложно, и от этого оружия пришлось отказаться.
Предпринимались серьезные меры по усилению ракетного вооружения перехватчика. Так, после принятия на вооружение Су-15ТМ исходный Су-15 решили доработать для применения ракет Р-98М. предназначенных для работы с РЛС «Тайфун». Переоборудование было выполнено на Су-15 № 14-01. который в 1975 г. успешно прошел программу специальных испытаний. К началу 1970-х гг. в ОКБ "Молния" была создана высокоманевренная ракета ближнего боя Р-60. и ВВС решили узаконить ее в качестве «личного» оружия всех истребителей. Испытав Р-60 на Су-15ТМ. решили оснастить ею и "старшего брата". После успешных испытаний и 1978-79 гг. на строевом Су-15 №06 27 ракета получила законную прописку в арсенале перехватчика. и при выполнении ремонтов до работку прошел весь парк Су-15.